原位鎂基復(fù)合材料制備及流變成形研究.pdf

1、與其他金屬結(jié)構(gòu)材料相比，鎂合金及其復(fù)合材料具有比強度、比剛度高，減振性、電磁屏蔽和抗輻射能力強，易切削加工等一系列優(yōu)點，在汽車、航空航天等領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價值和廣闊的前景。 復(fù)合材料的制備可分為外加復(fù)合法和原位生成法，與外加復(fù)合法相比，原位自生鎂基復(fù)合材料的增強相在基體內(nèi)反應(yīng)生成，具有尺寸小、界面潔凈無污染、熱穩(wěn)定性好、與基體相容性好及制備成本低等優(yōu)點，已成為金屬基復(fù)合材料中的一個重要發(fā)展方向。金屬基復(fù)合材料在提高強度、硬

2、度的同時，卻降低了塑性，不利于復(fù)合材料的二次塑性加工，而傳統(tǒng)鑄造又易產(chǎn)生氧化夾渣、縮孔縮松等缺陷，半固態(tài)成形技術(shù)和理論不斷成熟與發(fā)展，為金屬基復(fù)合材料的成形提供了新的途徑。本文采用原位自生法制備了Mg2S1/AM60鎂基復(fù)合材料，并對其進行了半固態(tài)流變成形研究。主要研究研究內(nèi)容和獲得的成果如下： 從熱力學(xué)和動力學(xué)兩方面，探討了原位生成Mg2S1的機制，建立了體系原位生成Mg2Si的動力學(xué)模型，推導(dǎo)了反應(yīng)的動力學(xué)方程，得出影響反應(yīng)

3、速度的主要因素為：體系溫度、結(jié)晶Si顆粒的大小以及擴散中間層的厚度。 研究了不同結(jié)晶Si含量對原位自生Mg2Si/AM60鎂基復(fù)合材料組織性能的影響，確定了結(jié)晶Si的最佳加入量，深入分析了該復(fù)合材料的強化機理，發(fā)現(xiàn)增強相Mg2Si以中國漢字狀、板塊狀及樹枝狀的形態(tài)存在于基體中。研究了合金元素對Mg2Si增強相的形態(tài)和分布及其對復(fù)合材料性能的影響，發(fā)現(xiàn)加入合金元素后中國漢字狀的增強相轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀，并均勻地分布于合金當(dāng)中，且合金元素

4、的加入量有一個最佳值。 采用機械攪拌的方法，制備了Mg2Si/AM60鎂基復(fù)合材料半固態(tài)組織坯料，研究了不同工藝參數(shù)(如：剪切溫度，剪切時間和剪切速率)對該復(fù)合材料半固態(tài)組織的影響規(guī)律，從理論和工藝上分析探討了該復(fù)合材料晶粒球化細(xì)化的機制，發(fā)現(xiàn)機械攪拌可以抑制枝晶的生長，減小游離晶的長度，促進型壁晶的游離，并根據(jù)M-S理論，分析發(fā)現(xiàn)機械攪拌利于晶粒的球化。 測定了半固態(tài)Mg2Si/AM60鎂基復(fù)合材料的穩(wěn)態(tài)表觀粘度，揭示

5、了不同工藝參數(shù)(如：Mg2Si的體積分?jǐn)?shù)、剪切溫度、剪切時間和剪切速率)對半固態(tài)Mg2Si/AM60鎂基復(fù)合材料的穩(wěn)態(tài)表觀粘度的影響規(guī)律，并建立了半固態(tài)Mg2Si/AM60鎂基復(fù)合材料的流變模型。 在計算機模擬軟件二次開發(fā)的平臺上，將上述建立的穩(wěn)態(tài)表觀粘度模型嵌入模擬軟件，成功地模擬了Mg2Si/AM60鎂基復(fù)合材料圓盤件的半固態(tài)流變成形的充型凝固過程，并對可能出現(xiàn)的鑄造缺陷進行了預(yù)測，為流變壓鑄工藝提供了理論指導(dǎo)。進行了該復(fù)合