ZC63-xSn鎂合金和GNPs-AZ31鎂基復(fù)合材料的制備及強(qiáng)化機(jī)理研究.pdf

1、鎂及鎂合金具有比強(qiáng)度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，是目前發(fā)現(xiàn)的最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，已被廣泛應(yīng)用于國防、交通等領(lǐng)域。但是由于鎂合金存在常溫下變形能力差、強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，限制了其廣泛的應(yīng)用。針對上述問題，本文采用真空熔煉，在Mg-6Zn-3Cu合金的基礎(chǔ)上添加不同含量的Sn元素，制備了ZC63-xSn鎂合金，并對其進(jìn)行不同的熱處理。通過活性鎢極氬弧焊（A-TIG）的方法，制備了納米碳化硅顆粒顆粒（SiCp）和不同含量石墨烯微片（GNPs）增強(qiáng)AZ31鎂基復(fù)

2、合材料。通過差熱分析、光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、能譜分析等技術(shù)方法表征了各合金微觀組織。通過顯微硬度計、拉伸試驗(yàn)機(jī)等測試了各鎂合金的力學(xué)性能。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，分析和總結(jié)了自身反應(yīng)析出的Mg(Zn,Cu)相對ZC63-xSn鎂合金以及外加GNPs對AZ31鎂基復(fù)合材料的微觀組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律。具體包括以下四部分：
　　鑄態(tài)ZC63-xSn鎂合金的微觀組織主要由α-Mg和Mg(Zn,Cu)相組成，其中Mg(Zn,C

3、u)相沿晶界呈網(wǎng)狀分布。添加的少量Sn（wt.％≤2%）固溶于α-Mg中，隨著Sn添加量增加（wt.%≥4%），會有處于Mg(Zn,Cu)相包圍的Mg2Sn相析出。此外，Sn的加入，能夠細(xì)化合金中的α-Mg與Mg(Zn,Cu)相，還能增加Mg(Zn,Cu)相體積分?jǐn)?shù)。其中，當(dāng)Sn的添加量為2 wt.%時，α-Mg與Mg(Zn,Cu)相粒徑最細(xì)小，Mg(Zn,Cu)相體積分?jǐn)?shù)最大；經(jīng)過時效（T6）處理，合金中的Mg(Zn,Cu)相變?yōu)闂U狀

4、。Sn的添加通過細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化等機(jī)理有效提高了合金的力學(xué)性能（硬度和拉伸強(qiáng)度）。當(dāng)Sn的添加量為4wt.%時，ZC63-xSn鎂合金的顯微硬度最大。Sn的添加量為2wt.%時，ZC63-xSn鎂合金的強(qiáng)度最大。鑄態(tài)下，T6處理的ZC63-2Sn合金，隨Sn的添加量從0wt.%增加到2wt.%，合金的抗拉強(qiáng)度提高65MPa，達(dá)到了259MPa；屈服強(qiáng)度提高22MPa，達(dá)到了124.9MPa。
　　通過擠壓處理，ZC63

5、-xSn鎂合金的α-Mg與Mg(Zn,Cu)相明顯細(xì)化。Mg(Zn,Cu)相不再呈網(wǎng)狀分布于晶界處，Mg2Sn相也不再處于Mg(Zn,Cu)相的包圍之中。Mg2Sn相和Mg(Zn,Cu)相一起彌散分布于基體內(nèi)。經(jīng)過擠壓+時效處理，合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度較鑄態(tài)的合金有所增加，顯微硬度和延伸率急劇增大。
　　SiCp/AZ31鎂基復(fù)合材料的微觀組織是由α-Mg、β-Mg17Al12和SiCp組成。GNPs/AZ31鎂基復(fù)合材料的微觀

6、組織由α-Mg、β-Mg17Al12和SiCp組成。GNPs和SiCp的添加都能夠有效地細(xì)化AZ31鎂合金中的α-Mg，其中GNPs的細(xì)化作用更明顯。此外，由于GNPs獨(dú)特的結(jié)構(gòu)（細(xì)小的粒徑、極大的比表面積），使得GNPs鎂基復(fù)合材料的顯微硬度和抗拉強(qiáng)度明顯增加。
　　GNPs/AZ31鎂基復(fù)合材料中，GNPs的含量越大，合金中α-Mg細(xì)化越顯著，當(dāng)GNPs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.41wt.%時，合金中獲得了粒徑最小的α-Mg。此外，GN

7、Ps含量的增加還能促進(jìn)β-Mg17Al12相向基體固溶。GNPs的加入能夠通過細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、奧羅萬強(qiáng)化、熱失配強(qiáng)化和載荷轉(zhuǎn)移強(qiáng)化等作用顯著提高AZ31鎂合金的力學(xué)性能（硬度和強(qiáng)度）。當(dāng)GNPs的含量達(dá)到1.41wt.%時，GNPs/AZ31鎂基復(fù)合材料的力學(xué)性能最優(yōu)。在鑄態(tài)條件下，GNPs/AZ31鎂基復(fù)合材料的顯微硬度達(dá)到了68.9HV，超過了本次實(shí)驗(yàn)所采用變形 AZ31合金。而抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到198MPa，幾乎與本次實(shí)驗(yàn)所采用