原位ZrB2-AZ91D復合材料的制備及組織性能研究.pdf

1、如今制造業(yè)中,人們對于環(huán)境友好型和資源節(jié)約型的興趣正在改變我們對金屬材料的選擇。輕質(zhì)結構材料在汽車工業(yè)和航空工業(yè)的應用促進人們對輕合金的研究。相對于其他普通的黑色金屬材料,鎂有最大的強度比。另外,鎂合金具有相對的低密度,良好的鑄造性,高比強度和良好的力學性能,但在高溫條件下,鎂合金的強度和抗蠕變性能限制了其進一步應用,為此,研究人員通過復合化技術開發(fā)鎂基復合材料,從而提高鎂合金的綜合性能,從而進一步增加其在工業(yè)中的應用。目前顆粒增強鎂基

2、復合材料相對于鎂合金在比模量,強度,熱穩(wěn)定性和摩擦性能方面具有優(yōu)勢。
　　 AZ91合金是目前應用最廣泛的工程材料之一,本文采用熔體混合法制各ZrB2/AZ91D復合材料。首先以Al-NH4RF4-K2ZrF6為反應體系,熔體反應合成法成功制備了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AZ91D基復合材料。實驗中還利用機械攪拌和高能超聲制備不同工藝下的ZrB2顆粒和復合材料。利用差

3、熱分析儀(DSC)、X-射線衍射儀(XRD)、光學顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)等儀器,研究了ZrB2顆粒的生長機制和形貌,AZ91D基體及其復合材料凝固組織和室溫力學性能。
　　 反應物添加量對ZrB2顆粒影響的實驗結果表明:隨著(NH4BF4-K2ZrF6)混合粉末添加量的增加,鋁熔體中ZrB2的體積分數(shù)逐漸增加,當反應物添加量為50wt.%時,復合材料凝固組織中ZrB2顆粒的體積分數(shù)最大。此時制備的Z

4、rB-2/AZ91D復合材料凝固組織最佳。
　　 高能超聲對ZrB2顆粒影響的實驗結果表明: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,熔體直接混合制備的復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,當超聲功率為1.1kW時,復合材料的室溫抗拉強度和延伸率達到最大值,分別為245MPa和3%,強度比未施加高能超聲的復合材料提高了2

5、3.1%。同時,復合材料的拉伸斷口上解理臺階減少,逐漸出現(xiàn)韌窩,其斷裂方式由解理斷裂向準解理斷裂過渡。
　　 AZ91D合金化的實驗結果表明:復合添加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,并有高熔點的針狀或棒狀的Al4Ce、Al4La和Al3Y化合物生成。復合添加0.2wt.%Sr-0.3wt.%Y-0.4wt.%La-0.5wt.%C

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