原位ZrB2-AZ91D復(fù)合材料的制備及組織性能研究.pdf

1、如今制造業(yè)中,人們對(duì)于環(huán)境友好型和資源節(jié)約型的興趣正在改變我們對(duì)金屬材料的選擇。輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料在汽車(chē)工業(yè)和航空工業(yè)的應(yīng)用促進(jìn)人們對(duì)輕合金的研究。相對(duì)于其他普通的黑色金屬材料,鎂有最大的強(qiáng)度比。另外,鎂合金具有相對(duì)的低密度,良好的鑄造性,高比強(qiáng)度和良好的力學(xué)性能,但在高溫條件下,鎂合金的強(qiáng)度和抗蠕變性能限制了其進(jìn)一步應(yīng)用,為此,研究人員通過(guò)復(fù)合化技術(shù)開(kāi)發(fā)鎂基復(fù)合材料,從而提高鎂合金的綜合性能,從而進(jìn)一步增加其在工業(yè)中的應(yīng)用。目前顆粒增強(qiáng)鎂基

2、復(fù)合材料相對(duì)于鎂合金在比模量,強(qiáng)度,熱穩(wěn)定性和摩擦性能方面具有優(yōu)勢(shì)。
　　 AZ91合金是目前應(yīng)用最廣泛的工程材料之一,本文采用熔體混合法制各ZrB2/AZ91D復(fù)合材料。首先以Al-NH4RF4-K2ZrF6為反應(yīng)體系,熔體反應(yīng)合成法成功制備了ZrB2顆粒,然后將Al-ZrB2熔體和AZ91D熔體直接混合成功制備了ZrB2顆粒增強(qiáng)AZ91D基復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)中還利用機(jī)械攪拌和高能超聲制備不同工藝下的ZrB2顆粒和復(fù)合材料。利用差

3、熱分析儀(DSC)、X-射線衍射儀(XRD)、光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)等儀器,研究了ZrB2顆粒的生長(zhǎng)機(jī)制和形貌,AZ91D基體及其復(fù)合材料凝固組織和室溫力學(xué)性能。
　　 反應(yīng)物添加量對(duì)ZrB2顆粒影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著(NH4BF4-K2ZrF6)混合粉末添加量的增加,鋁熔體中ZrB2的體積分?jǐn)?shù)逐漸增加,當(dāng)反應(yīng)物添加量為50wt.%時(shí),復(fù)合材料凝固組織中ZrB2顆粒的體積分?jǐn)?shù)最大。此時(shí)制備的Z

4、rB-2/AZ91D復(fù)合材料凝固組織最佳。
　　 高能超聲對(duì)ZrB2顆粒影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在高能超聲的作用下,ZrB2顆粒形貌清晰,呈現(xiàn)出短棒狀,生成量增多;與此同時(shí),熔體直接混合制備的復(fù)合材料在高能超聲的作用下顆粒分布趨于均勻。在不同的超聲作用功率下,ZrB2顆粒在AZ91D中呈現(xiàn)出不同的分布,當(dāng)超聲功率為1.1kW時(shí),復(fù)合材料的室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率達(dá)到最大值,分別為245MPa和3%,強(qiáng)度比未施加高能超聲的復(fù)合材料提高了2

5、3.1%。同時(shí),復(fù)合材料的拉伸斷口上解理臺(tái)階減少,逐漸出現(xiàn)韌窩,其斷裂方式由解理斷裂向準(zhǔn)解理斷裂過(guò)渡。
　　 AZ91D合金化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:復(fù)合添加Ce、La、Sr和Y元素后,AZ91D鎂合金的凝固組織得到明顯細(xì)化,網(wǎng)狀的β-Mg17Al12相斷裂成塊狀或粒狀,均勻分布在基體中,并有高熔點(diǎn)的針狀或棒狀的Al4Ce、Al4La和Al3Y化合物生成。復(fù)合添加0.2wt.%Sr-0.3wt.%Y-0.4wt.%La-0.5wt.%C

6、e時(shí),鎂合金的凝固組織最佳,室溫抗拉強(qiáng)度Ob和延伸率δ達(dá)到最大值,分別為245MPa和4%,強(qiáng)度較AZ91D基體提高了28.9%。相同工藝下ZrB2/AZ91D復(fù)合材料合金化表明復(fù)合添加Ce、La、Sr和Y元素后,復(fù)合材料的晶粒也有明顯細(xì)化,也伴有高熔點(diǎn)的針狀或棒狀的AL4Ce、Al4La和AL3Y化合物生成。復(fù)合添加0.2wt.%Sr-0.3wt%Y-0.4wt.%La-0.5wt.%Ce時(shí),復(fù)合材料具有最佳性能,室溫抗拉強(qiáng)度σB和延