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强化mg合金和mg基复合材料的研究进展

材料导报 2005年第9期19卷 67-70,75页

作者：李刚严彪同济大学材料科学与工程学院

mg 和 mg 合金材料对现代社会发展具有举足轻重的意义。根据近期部分国内外资料并结合自身研究结果,综述了强化 mg 合金和 mg 基复合材料的研究和开发,介绍了几种新型的强化 mg 合金和 mg 基复合材料。文献表明,材料性能与合金成分,晶... 详细信息

mg 和 mg 合金材料对现代社会发展具有举足轻重的意义。根据近期部分国内外资料并结合自身研究结果,综述了强化 mg 合金和 mg 基复合材料的研究和开发,介绍了几种新型的强化 mg 合金和 mg 基复合材料。文献表明,材料性能与合金成分,晶粒大小,增强体的类型、形状、分布、体积分数,增强体与基体的界面,制备工艺等诸多因素有关。

关键词： mg合金 mg基复合材料机械性能增强复合材料强化社会发展合金材料合金成分材料性能

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CNTs对多道次低温轧制mg-2Zn合金板材动态再结晶及力学性能的影响

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中国有色金属学报 2024年

作者：李浩刘轲杜文博李淑波杜宪刘辉新疆昆玉钢铁有限公司北京工业大学材料科学与工程学院

采用多道次轧制技术制备了不同碳纳米管（CNTs）含量的mg-2Zn基复合材料板材，利用EBSD、TEM等标准技术研究了板材的微观组织演变规律，结合拉伸实验分析了板材的强化机理。结果表明，在轧制过程中晶界处的CNTs能够阻碍位错运动，使位... 详细信息

采用多道次轧制技术制备了不同碳纳米管（CNTs）含量的mg-2Zn基复合材料板材，利用EBSD、TEM等标准技术研究了板材的微观组织演变规律，结合拉伸实验分析了板材的强化机理。结果表明，在轧制过程中晶界处的CNTs能够阻碍位错运动，使位错在晶界处堆积导致局部应力集中，促进变形孪晶的产生。变形孪晶诱发动态再结晶（DRX）发生，在孪晶内和孪晶界区域发剧烈的动态再结晶（DRX），导致终态高CNTs含量（0.6%）的板材的基面织构强度趋弱。CNTs主要影响所得板材的织构状态，CNTs含量的增加使板材的（0001）基面强度逐渐降低，从轧向（RD）向横向（TD）劈裂，降低了基面织构的强度。在CNTs、细晶和织构强化下，0.4%CNTs / mg-2Zn复合材料的抗拉强度为283MPa、屈服强度为260MPa、延伸率为4%。

关键词： mg基复合材料 CNTs 轧制变形动态再结晶力学性能

TiN纳米纤维增强mg基复合材料的制备及性能研究

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TiN纳米纤维增强Mg基复合材料的制备及性能研究

作者：程佳文华中科技大学

学位级别：硕士

镁具有质量轻、比强度和比模量高、减震性能优越、抗辐射能力强及可回收等优点,被誉为“21世纪最具发展潜力的绿色工程材料”。本文以静电纺丝制备的高致密TiN纳米纤维为增强相,釆用球磨的方法将TiN纳米纤维和mg粉进行混合,用放电等离... 详细信息

镁具有质量轻、比强度和比模量高、减震性能优越、抗辐射能力强及可回收等优点,被誉为“21世纪最具发展潜力的绿色工程材料”。本文以静电纺丝制备的高致密TiN纳米纤维为增强相,釆用球磨的方法将TiN纳米纤维和mg粉进行混合,用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)技术成功制备出接近理论密度的TiN纳米纤维增强mg基复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FSEM)和能谱仪(EDS)等分析测试技术对粉末及烧结体的物相组成、显微组织及成分分布进行了表征,并对复合材料进行了力学和物理性能测试,分别研究了球磨参数、SPS烧结参数及TiN纤维含量对复合粉末和烧结体的影响。研究结果表明:在氨气气氛下,将静电纺丝制备出的聚合物纤维经900℃煅烧可得到均匀、连续的TiN纳米纤维,直径范围在5000 nm,长度约为30μm以上。在混粉过程中,以硬脂酸为过程控制剂,TiN纤维易发生聚集团聚;而以无水乙醇为过程控制剂可有效分散TiN纳米纤维在mg基中的分布。球磨后的粉末分别在500℃和550℃下进行SPS烧结,对其组织结构和力学性能进行分析比较,发现,550℃烧结的复合材料致密度可达98%,且具有更优异的力学性能。TiN纳米纤维含量对复合材料的组织和物理力学性能影响较大,随着TiN含量的增加,硬度由48.1上升到68.3,而压缩强度和拉伸强度逐渐增大到最优值后迅速减小。当TiN含量为0.5wt%时压缩强度和拉伸强度分别达到最佳值,分别为282 MPa和153MPa。和纯镁相比,其压缩强度及拉伸强度分别提高了28%和78%。对纯镁和TiN纳米纤维增强mg基复合材料断口形貌的观察,以及工艺过程的分析,认为其增强机制为应力转移强化和细晶强化。

关键词： mg基复合材料静电纺丝放电等离子烧结 TiN纳米纤维

β-SiCp/mg基复合材料制备与性能研究

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β-SiCp/Mg基复合材料制备与性能研究

作者：王菲西安科技大学

学位级别：硕士

镁合金是最轻的金属结构材料,因其诸多优越性能而被誉为21世纪的绿色材料。SiC颗粒具有较高的强度、耐磨性、成本低等特点。为了充分发挥两者优势,制备出具有高的强度、模量、硬度及尺寸稳定的耐磨材料,有必要对两者进行复合。本文选用... 详细信息

镁合金是最轻的金属结构材料,因其诸多优越性能而被誉为21世纪的绿色材料。SiC颗粒具有较高的强度、耐磨性、成本低等特点。为了充分发挥两者优势,制备出具有高的强度、模量、硬度及尺寸稳定的耐磨材料,有必要对两者进行复合。本文选用镁合金作为复合材料的基体,SiC颗粒为增强相,采用粉末热压工艺制备镁基复合材料。首先对β-SiC粉末进行预处理,再配制不同SiC含量的混合粉末进行球磨,探索了不同时间和转速对粉末均匀性的影响。之后冷压成粉坯,然后将粉坯放入有真空气氛保护的烧结炉中,在580℃～640℃进行烧结,保温th。最后降温至500℃,分别用15MPa、20MPa、25MPa进行热压20min,提高材料致密性。借助SEM、EDS等测试手段,研究了不同烧结温度和热压压力对复合材料组织形貌与性能的影响。研究结果表明:混料转速为100r/min,时间为2h时,SiC分散不均匀;4h时,呈现轻微黑色,有氧化现象;3h时,混料均匀无氧化现象,并且有机械结合现象。镁基复合材料的SiC体积分数为15%,烧结温度580℃,热压温度500℃,压力为20MPa时,SiC颗粒有脱落现象,材料有孔洞出现,材料的相对密度93.33%,孔隙率6.67%;610℃时,材料孔洞减少,但是SiC有团聚现象,相对密度95.72%,孔隙率4.26%;620℃时,SiC颗粒和基体的界面结合良好,SiC分散均匀,致密性较高,相对密度96.17%,孔隙率3.83%;640℃时,材料出现分层现象,由于温度越高时,镁的自扩散速度较快,在部分基体沉积在材料底部。复合材料的SiC体积分数为15%,烧结温度620℃,热压温度500℃,进行无压烧结时,材料出现大量孔洞,致密性很低,相对密度76.67%,孔隙率23.33%;压力为15MPa时,材料出现少量的孔洞,界面结合不佳,相对密度92.24%,孔隙率7.76%;20MPa时,材料界面结合良好,致密性良好,相对密度96.17%,孔隙率3.83%;25MPa时,少量粒径较大的SiC颗粒出现裂纹,相对密度97.21%,孔隙率2.79%。SiC颗粒增强镁基复合材料的力学性能表明,对比镁合金,复合材料的抗弯强度明显提高,SiC颗粒体积分数达到15vol.%时,复合材料的抗弯强度最佳,并且其为脆性断裂。随着SiC体积分数的增加,复合材料的硬度逐渐提高,基体合金的硬度为84.8HV,SiC体积分数为5%,硬度为93.51HV,10%的硬度143.5HV,15%的硬度为197.5HV,20%的硬度为228.6HV。不同SiC体积分数的复合材料的摩擦磨损曲线表明,在加入了SiC颗粒后,复合材料的平均摩擦系数低于基体合金,在体积分数为5%、10%、15%、20%时,分别降低了 20.6%、31.6%、39%、48%,然而,SiC体积分数为15%的摩擦稳定性比20%的好。

关键词： β-SiCp mg基复合材料热压工艺抗弯强度摩擦磨损

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高力学性能mg基耐热复合材料

兵器材料科学与工程 2013年第2期36卷 105-105页

作者：范爱国

日本专利JP2008195978中公布了日本Topy工业公司研发的新型高性能mg基复合材料。该复合材料南mg合金基体与分散住晶界的金属微粒组成，其拉伸强度不低T400MPa，断裂伸长率不低于10％。该复合材料可以通过热塑性加工mg或mg合金的细颗粒... 详细信息

日本专利JP2008195978中公布了日本Topy工业公司研发的新型高性能mg基复合材料。该复合材料南mg合金基体与分散住晶界的金属微粒组成，其拉伸强度不低T400MPa，断裂伸长率不低于10％。该复合材料可以通过热塑性加工mg或mg合金的细颗粒或粉末来制造。该材料可以用于制造机械部件，从而减轻机械质量。

关键词：耐热复合材料力学性能 mg基复合材料日本专利 mg合金断裂伸长率热塑性加工金属微粒

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mg-TM/C复合材料的制备与储氢性能研究

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Mg-TM/C复合材料的制备与储氢性能研究

作者：郭三洋燕山大学

学位级别：硕士

能源危机推动着清洁能源的开发应用,其中氢能备受关注。在多种储氢材料中,mg基储氢材料因其原材料成本低、储氢量大等优势脱颖而出,但其缓慢的动力学性能与较高的热力学稳定性限制了它的大规模应用。本文通过掺杂有机物添加剂和合金化... 详细信息

能源危机推动着清洁能源的开发应用,其中氢能备受关注。在多种储氢材料中,mg基储氢材料因其原材料成本低、储氢量大等优势脱颖而出,但其缓慢的动力学性能与较高的热力学稳定性限制了它的大规模应用。本文通过掺杂有机物添加剂和合金化的方法,研究了过渡金属(TM)与碳材料对mg基储氢材料性能的影响。使用水热法制备了Ni-MOF,并使用湿法球磨与高温烧结的方法制备了mg-mgNi/C复合材料。性能测试表明,复合材料的初始放氢温度为530 K,较mg降低了70 K,其放氢的表观活化能为77.6 k J/mol,仅为mg的50%;在423 K时,复合材料的吸氢量在3600 s内可达6 wt.%;在573 K时,其900 s内的放氢量为1.62wt.%,达到最大吸氢量的90%;复合材料具有良好的循环吸放氢性能。由Ni-MOF引入的碳材料抑制了mg的团聚,使其拥有了较大的比表面积,同时Ni-MOF与mg反应生成的mgNi在吸放氢过程中与mgNi H的相互转化作为“氢泵”提升了材料的储氢性能。以Lamg与有机物蒽为原料,使用高能球磨与高温烧结的方法制备了Lamg/C复合材料。复合材料在473 K时,3600 s内的吸氢量为4.67 wt.%;573 K时,其3600 s内的放氢量为2.22 wt.%;且复合材料的循环性能优于Lamg与mg。复合材料的初始放氢温度为535 K,低于Lamg和mg,同时复合材料放氢时的表观活化能为107.6 k J/mol,较Lamg与mg均有明显降低。研究表明,复合材料在吸氢后原位形成的LaH催化了mg的放氢反应,同时,以有机物蒽碳化得到的碳抑制了mg的团聚,二者的协同作用提升了复合材料的储氢性能。

关键词： mg基复合材料 mg基储氢合金过渡金属碳材料储氢机制

金属诱发无压浸渗技术制备B_4C/mg复合材料的磨损行为与机制（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2015年第8期25卷 2543-2548页

作者：姚彦桃姜澜付高峰陈礼清东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳110819 东北大学材料与冶金学院沈阳110819

利用金属诱发无压浸渗技术制备的B_4C/mg复合材料为实验材料,研究该材料的磨损行为与磨损机制。在销盘式实验装置上对施加不同载荷(20、40、60和80N)以及磨损速率为250r/min实验条件下的磨损行为进行评价。结果表明:B_4C/mg复合材料在... 详细信息

利用金属诱发无压浸渗技术制备的B_4C/mg复合材料为实验材料,研究该材料的磨损行为与磨损机制。在销盘式实验装置上对施加不同载荷(20、40、60和80N)以及磨损速率为250r/min实验条件下的磨损行为进行评价。结果表明:B_4C/mg复合材料在所施加载荷下均比纯mg基体表现出更优异的抗磨性能。作为诱发浸渗剂的金属Ti颗粒,其含量对B_4C/mg复合材料的磨损性能具有一定影响。纯mg基体的主要磨损机制是磨粒磨损;而对于B_4C/mg复合材料,当施加载荷较低时,主要磨损机制为粘着和层离;当施加载荷较高时,其磨损机制为加热软化熔化或塑性变形。

关键词： mg基复合材料 B_4C 金属诱发浸渗磨损行为磨损机制

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网状结构Si_3N_4陶瓷增强金属基复合材料的研究

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功能材料 2005年第Z1期36卷 71-76页

作者：耿浩然王守仁崔峰济南大学材料科学与工程学院山东济南250022 山东大学材料科学与工程学院

利用有机前驱体浸渍法制备了Si3N4网络陶瓷预制体,利用液态金属浸渗法制备出Al基、mg基复合材料。分析了在浸渗过程中浸渗温度、润温角、浸渗时间、浸渗高度的相互关系。在压力下金属液克服浸渗阻力,使浸渗得以完成。网络陶瓷骨架孔筋... 详细信息

利用有机前驱体浸渍法制备了Si3N4网络陶瓷预制体,利用液态金属浸渗法制备出Al基、mg基复合材料。分析了在浸渗过程中浸渗温度、润温角、浸渗时间、浸渗高度的相互关系。在压力下金属液克服浸渗阻力,使浸渗得以完成。网络陶瓷骨架孔筋表面覆盖一层氧化膜有利于自发浸渗的进行。合金中适量镁元素的存在使界面上发生轻微化学放热反应,对浸渗有利。指出压力浸渗制备铝基复合材料与无压浸渗制备镁基复合材料的特点。探讨了这种复合材料抗压强度和摩擦磨损性能特点。指出Si3N4/Al复合材料,Si3N4/mg复合材料抗磨擦性能明显优于基体,抗拉强度大大高于基体。

关键词：网络结构 Si3N4陶瓷 Al基复合材料 mg基复合材料浸渗性能

BN纳米片增强镁基复合材料的制备及性能研究

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BN纳米片增强镁基复合材料的制备及性能研究

作者：张科委郑州大学

学位级别：硕士

镁及镁合金具有良好的生物相容性和生物活性,与人体骨组织匹配的弹性模量,并且在人体环境中可生物降解,是极具应用前景的新型医用骨植入材料。然而,镁及镁合金的强度和塑性较差,在人体环境中降解速率过快且伴随着有氢气析出,很大程度上... 详细信息

镁及镁合金具有良好的生物相容性和生物活性,与人体骨组织匹配的弹性模量,并且在人体环境中可生物降解,是极具应用前景的新型医用骨植入材料。然而,镁及镁合金的强度和塑性较差,在人体环境中降解速率过快且伴随着有氢气析出,很大程度上制约了其临床应用。大量研究表明,发展镁基复合材料是解决上述问题的有效方法。近年来,BN纳米片(BN nanoplatelet,BNNP),作为六方BN的二维纳米材料,具有与石墨烯相当的力学性能(弹性模量～700-900 GPa,拉伸强度～35 GPa)和良好的生物相容性,是镁基复合材料中极具潜力的纳米增强相。更为重要的是,BNNP具有优异的抗氧化性能,在～1000℃大气环境中依然保持其结构稳定,这也为在镁基复合材料热加工制备中更好地保证了BNNP的结构完整性。此外,BNNP在腐蚀介质中可以有效地隔绝腐蚀性离子,有助于降低镁合金在人体环境中的降解速率。为此,本论文采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)及搅拌摩擦处理(Friction Stir Processing,FSP)技术制备了BNNP增强ZK61镁基复合材料,重点研究了BNNP对复合材料显微组织的影响规律,特别是复合材料中BNNP-mg界面精细结构,并对复合材料力学性能及其在模拟体液中的腐蚀行为开展了较深入的研究。本文利用棒式超声、水浴超声+机械搅拌工艺制得了BNNP-ZK61粉体材料,采用放电等离子烧结技术制备BNNP/ZK61复合材料;为细化复合材料中基体相晶粒并进一步确保BNNP在复合材料中的均匀分布,本文进而对放电等离子烧结制备的复合材料进行后续搅拌摩擦处理。复合材料显微组织分析表明,BNNP均匀地分布于复合材料中,且晶粒因搅拌摩擦处理过程的动态再结晶得到了显著细化(平均晶粒尺寸由放电等离子烧结复合材料的10-13μm减小至2-3μm)。横截面织构分析结果表明,SPS+FSP样品均呈现典型的丝织构类型,而BNNP弱化了复合材料的基面织构,有助于复合材料塑性的提升。复合材料中BNNP-mg界面HRTEM分析结果表明,界面处形成了两种不同结构的界面反应产物,即立方结构的mgN沿BNNP(0002)基面形成,密排六方结构的mg B则在BNNP开口处形成。上述界面反应产物的生长主要由B、N、mg原子的相互扩散决定:原子半径较小的N原子由BNNP(0002)基面快速向mg基体扩散并形成mgN,位于BNNP端口处mg原子因搅拌摩擦产生的高温而被激活,因其原子半径(～0.17 nm)小于BNNP层间距(～0.332 nm)而扩散至BNNP层间,进而与B原子结合形成密排六方结构的mg B。众所周知,BN的表面能极低(仅为～27 m N/m),这使得BNNP与多数金属熔体的润湿性较差,理论上难以直接形成强界面结合。上述界面反应产物的形成,有助于实现界面反应诱导润湿并强化界面,为复合材料力学性能的改善提供了保障。拉伸试验结果表明,当BNNP添加量低于0.4%时,BNNP/ZK61复合材料实现强度与塑性的同步提升,其中0.4BNNP/ZK61复合材料的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为～133 MPa、～265 MPa、～24.3%,相比于ZK61镁合金分别提高了17.7%、13.7%和16.8%。分析表明,复合材料的强化机制主要源于界面载荷传递、热失配应力、晶粒细化,奥罗万强化机制的影响较小,而复合材料塑性的改善则主要得益于晶粒细化、非基面滑移、BNNP阻碍裂纹扩展和织构弱化。体外模拟体液腐蚀(电化学实验和浸泡实验)结果表明,BNNP/ZK61复合材料并未因其引入了较多的相界面而降低复合材料的腐蚀性能。这主要归因于复合材料致密度的升高以及BNNP对腐蚀性离子的不渗透性,使得腐蚀介质侵入量减小,从而减缓复合材料的腐蚀过程,并且BNNP可以有效结合腐蚀保护层,进而保护镁基体以调控复合材料的抗腐蚀性能。

关键词： BN纳米片 mg基复合材料微观结构力学性能腐蚀行为放电等离子烧结搅拌摩擦处理