超聲原位鎂基復(fù)合材料制備及流變成形研究.pdf

1、隨著人們節(jié)能與環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料之一，越來越受到青睞。顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料是近年來發(fā)展起來的新材料。其制備方法按顆粒來源分為外加法和原位法。原位法與傳統(tǒng)外加法相比具有增強(qiáng)顆粒尺寸小、界面無污染、熱穩(wěn)定性好、制備成本低等優(yōu)點(diǎn)。近年來，用超聲波對(duì)金屬熔體進(jìn)行處理，超聲波在熔體內(nèi)傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生聲流效應(yīng)和聲空化效應(yīng)，其在改變物質(zhì)的一些物理、化學(xué)和生物特性，改善顆粒與熔體間的潤(rùn)濕性、迫使顆粒在熔體中均勻分散等方面發(fā)揮重要

2、作用，該項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料的制備。半固態(tài)成形作為一種新型材料加工技術(shù)主要有觸變成形和流變成形兩種，與觸變成形相比，流變成形技術(shù)具有工藝流程短、設(shè)備簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。本文采用超聲原位法制備了 Al2Y/AZ91鎂基復(fù)合材料，并對(duì)該復(fù)合材料進(jìn)行了流變成形研究。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面著手，分析AZ91合金中原位生成Al2Y的可能性及外部因素對(duì)反應(yīng)的影響。計(jì)算了 Mg-Al-Y三元合金

3、的混合焓、過剩熵與過剩自由能，建立了原位合成Al2Y的動(dòng)力學(xué)模型，推導(dǎo)了動(dòng)力學(xué)方程。
　　在AZ91鎂合金中加入Mg-Y中間合金，生成Al2Y增強(qiáng)相，研究了稀土Y的加入量和超聲工藝參數(shù)對(duì)增強(qiáng)相及材料顯微組織的影響規(guī)律。對(duì)熔體施加超聲后，生成的復(fù)合材料顯微組織相對(duì)基體明顯細(xì)化，α-Mg晶粒變小，數(shù)量有所增加，β-Mg17Al12相由斷續(xù)的骨骼狀逐漸變?yōu)閿嗬m(xù)的短鏈狀或顆粒狀。隨著超聲功率和超聲時(shí)間的增加，Al2Y在熔體內(nèi)均勻分布，數(shù)量

4、也明顯增加，而且變的細(xì)小。Y的含量小于3％時(shí)，Al2Y顆粒沒有團(tuán)聚現(xiàn)象。
　　超聲法制備了 Al2Y/AZ91鎂基復(fù)合材料半固態(tài)漿料，研究不同超聲工藝參數(shù)對(duì)鎂基復(fù)合材料半固態(tài)漿料組織的作用規(guī)律，揭示了鎂基復(fù)合材料半固態(tài)組織在超聲場(chǎng)作用下的形成機(jī)理。超聲法制備的復(fù)合材料半固態(tài)漿料的微觀組織隨著超聲啟振溫度變化而變化，在 Al2Y/AZ91鎂基復(fù)合材料近液相線(溫度600℃)時(shí)導(dǎo)入超聲波，超聲振動(dòng)60s后，初生晶粒細(xì)小、圓整，半固態(tài)漿

5、料的平均晶粒直徑為75μm，平均形狀系數(shù)為0.7。
　　研究超聲原位Al2Y/AZ91鎂基復(fù)合材料流變性能，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合結(jié)果，建立了超聲原位Al2Y/AZ91鎂基復(fù)合材料半固態(tài)漿料流變模型。Al2Y/AZ91鎂基復(fù)合材料半固態(tài)漿料的表觀粘度隨 Al2Y的體積分?jǐn)?shù)及固相分?jǐn)?shù)的增加而增大。在固相分?jǐn)?shù)小于0.23時(shí)，表觀粘度增加的速度比較緩慢，而固相分?jǐn)?shù)大于0.23后增加的速度相對(duì)較快。在相同實(shí)驗(yàn)條件下，隨著超聲功率的增加，復(fù)合材料