超聲化學(xué)合成TiB2-AZ91D復(fù)合材料的微觀組織及性能研究.pdf

1、鎂合金具有密度小,比強(qiáng)度和比剛度高,鑄造性能良好,易切削加工和易回收等優(yōu)點(diǎn),且在自然界中鎂的資源特別豐富。但是,現(xiàn)有的鎂合金存在彈性模量小、高溫強(qiáng)度低、耐磨性差等不足,這極大的限制了鎂合金的發(fā)展和應(yīng)用。向鎂合會(huì)中添加高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高彈性模量的顆粒制成鎂基復(fù)合材料,是提高鎂合金性能的有效途徑之一。
　　 本文以AZ91D-(TiO2+B2O3)為反應(yīng)體系,采用熔體反應(yīng)合成技術(shù),成功制備了TiB2顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。利用X-射線

2、衍射儀(XRD)、差熱分析儀(DSC)、光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)以及拉伸性能測(cè)試、硬度測(cè)試等分析手段,研究了AZ91D基體及其復(fù)合材料凝固組織和室溫力學(xué)性能,并探討了相關(guān)的作用機(jī)制。
　　 AZ91D合金化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:復(fù)合添加Ce、La、Sr元素后,AZ91D鎂合金的凝固組織得到顯著細(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A(yù)l4Ce、Al4L

3、a化合物生成。復(fù)合添加0.5wt.％Ce-0.2wt.％Sr-0.3wt.％La時(shí),鎂合金的凝固組織最佳,室溫抗拉強(qiáng)度σb、延伸率δ和洛氏硬度達(dá)到最大值,分別為240 MPa、7.75％和75 HRB,較AZ91D基體分別提高了21.2％、49.6％和14.0％。
　　 反應(yīng)物添加量對(duì)復(fù)合材料的影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著反應(yīng)物TiO2、B2O3混合粉末添加量的增加,復(fù)合材料中增強(qiáng)顆粒TiB2的體積分?jǐn)?shù)逐漸增加,當(dāng)反應(yīng)物添加量為15

4、wt.％時(shí),復(fù)合材料凝固組織中TiB2顆粒的體積分?jǐn)?shù)最大,且宏觀上分布較均勻。
　　 高能超聲對(duì)復(fù)合材料的影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在合金化和高能超聲的共同作用下,AZ91D鎂合金和復(fù)合材料的凝固組織和力學(xué)性能得到顯著改善,α-Mg相和β-Mg17Al12相尺寸變小,針狀或棒狀的Al4Ce、Al4La化合物變成顆粒狀或短棒狀,并且均勻分布在鎂合金基體中。隨著超聲作用時(shí)間和超聲功率的增加,TiB2增強(qiáng)顆粒的體積分?jǐn)?shù)逐漸增大,且在基體中的

5、分布越來(lái)越均勻。當(dāng)超聲作用時(shí)間為8min、超聲功率為1.2 kW時(shí),復(fù)合材料的室溫抗拉強(qiáng)度σb和洛氏硬度達(dá)到最大值,分別為263.3 MPa、77.2 HRB,較未施加高能超聲的復(fù)合材料分別提高了13.6％和13.9％。此時(shí),復(fù)合材料的拉伸斷口上解理臺(tái)階減少,韌窩數(shù)量增多,塑性斷裂特征明顯,復(fù)合材料的斷裂方式由解理斷裂向準(zhǔn)解理斷裂過(guò)渡。
　　 為了進(jìn)一步明確高能超聲對(duì)復(fù)合材料的作用效果,研究了熱處理對(duì)復(fù)合材料的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明

6、:415℃固溶處理后,TiB2／AZ91D復(fù)合材料凝固組織中的β-Mg17Al12相消失,分解固溶在α-Mg中,形成了單相過(guò)飽和固溶體。經(jīng)170℃、16 h時(shí)效處理后,復(fù)合材料組織中重新出現(xiàn)了β-Mg17Al12相。415℃、16 h固溶處理+170℃、16 h時(shí)效處理后,復(fù)合材料的室溫抗拉強(qiáng)度σb和洛氏硬度分別達(dá)到了237.3 MPa和100 HRB。而將高能超聲、合金化元素共同作用下的復(fù)合材料與熱處理后的復(fù)合材料相比較,發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料