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1、 材料复合设计 材料复合设计课程论文题 目：纤维增强镁基复合材料工艺设计学 院： 专业班级： 姓 名： 学 号： 材料复合设计 目录摘要 .1前言 .11、纤维增强镁基复合材料的性能特点 .12、应用背景 .23、材料复合体系的选择 .23.1、基体材料的选择 .23.2、增强体的选择 .24、本设计的研究内容与预期目标 .35、挤压铸造法制备碳纤维镁基复合材料的工艺设计方案 .35.1、工艺实验原理与工艺流程图设计 .35.2、挤压铸造法的优势 .45.3、挤压铸造法的工艺参数 .55.3.1、比压 .55.3.2、加压时间 .55.3.3、加压速度 .55.3.4、保压时间 .65.3.5
2、、金属浇注温度 .65.3.6、其他 .65.4、注意事项 .6 材料复合设计 6、喷射沉积法制备碳纤维镁基复合材料的工艺设计方案 .66.1、工艺实验原理与工艺流程图设计 .66.2、喷射沉积技术的特点 .96.3、条件计算及分析 .96.4、影响因素 .106.4.1、雾化锥流率 mmax .106.4.2、雾化锥宽度 d.126.4.3、沉积器半径 r.126.4.4、沉积器旋转速度 .126.4.5、沉积器往复速度 v.127、总结 .128、 致谢 .13参考文献 .13 材料复合设计 0纤维增强镁基复合材料工艺设计欧阳超指导老师：向道平老师（海南大学材料与化工学院，邮编：）摘要：本
3、设计选择镁作为复合材料的基体，选择碳纤维作为增强体，根据镁基复合材料的结构与性能上的特点设计了复合方案，并介绍了纤维增强镁基复合材料的性能特点和应用前景等。本文设计采用压挤铸造法和喷射沉积法制备碳纤维镁基复合材料的工艺方案。通过分析这两种制备方法的原理确定了这两种设计方案的工艺流程图，并对工艺流程具体问题进行分析总结。关键词：纤维增强；镁基；挤压铸造法；喷射沉积法；工艺流程前言：传统镁金属及其合金虽然有着良好的强度、刚度、韧性，但是其耐腐蚀性、耐氧化性以及塑性等方面却不尽人意。而在通过材料复合后，其表现出的良好的化学性能、耐磨损耐疲劳、耐高温等一系列优良的性能备受航空航天、汽车、机械及电子等高
4、技术领域的重视 1。自二十世纪八十年代至今，镁基复合材料已成为金属基复合材料的研究热点之一 2-3。1.纤维增强镁基复合材料的性能特点与传统的金属材料相比，金属基复合材料具有很高的比强度、比刚性、耐高温、热膨胀系数小、化学性能稳定、耐磨损耐疲劳以及优良的阻尼减震性能等诸多优良的性能特点 411，它由于其简单的制备工艺、微观组织均匀、材料性能各项同性等优点目前正朝着工业化生产和应用的方向不断发展着，其中铝基复合材料发展最快 5。另一方面，由于镁的密度比铝更低，具有更好的比强度、比刚度，且具有良好的电磁屏蔽和阻尼性能等优点 6，镁基复合材料成为了另一具有强大竞争力的轻金属基复合材料，目前镁基复合材
5、料是应用于汽车制造、航空航天、电子科技等多领域的理想材料之一 7。目前对镁金属进行材料复合的增强体有纤维、晶须和颗粒等 8。而以碳和石墨纤维等对镁金属进行材料复合能得到一种具有高比强度、高比模量和良好热稳定性的镁基复合材料 9。其复合材料的性能取决于碳纤维的类型和性能、含量、分布和与基体界面结合状态，就比模量和热稳定性而言，石墨纤维增强镁基复合材料是各种材料中最高的一种。当石墨纤维含量达到 50%左右，石墨纤维增强镁复合材料的热膨胀系数为零，根据纤维的状态可分为连续碳纤维增强镁和不连续碳纤维增强镁复合材料。连续长纤维可按设计要求铺排，为各向异性材料。单向纤维增强的镁基复合材料沿纤维方向性能高于
6、垂直于纤维方向的性能 1029。 材料复合设计 12.应用背景 在目前工程用金属中，镁合金密度小但强度高、刚性好，其镁合金的刚度随厚度的增加而成立方比增加，故而镁合金制造刚性好的性能对整体构件的设计十分有利。而且，镁合金的韧性好，很适合应于受冲击的零件车轮；其减震性能优良，是避免由于振动、噪音而引起工人疲劳等场合的理想材料。另一方面，镁合金的热容量低、凝固速度快、压铸性能好、优良的切削加工性 12。但是，镁金属很活泼，容易与空气中的氧气作用发生自燃，而且金属表面容易氧化，形成疏松多空的氧化镁，不能有效阻绝氧气的侵入，从而加快镁金属被氧气氧化，导致其耐腐蚀性能变差。另外，镁金属的室温塑性差。镁属
7、于密排六方晶体结构，其在室温下只有 1 个滑移面和 3 个滑移系，因此它的塑性变形主要依赖于滑移与孪生的协调动作，但镁晶体中的滑移仅发生在滑移面与拉力方向相倾斜的某些晶体内，因而滑移的过程将会受到极大地限制，而且在这种取向下孪生很难发生，所以晶体很快就会出现脆性断裂。在温度超过250时，镁晶体中的附加滑移面开始起作用，塑性变形能力变强。于是科研人员针对镁金属的优缺点进行分析，开始研究对镁金属进行材料复合，以达到改善金属的各项性能指标的目的，而纤维增强镁基复合材料就是一种良好的改善途径之一。3.材料复合体系的选择 3.1 基体材料的选择现目前，铝基复合材料凭借着其高比强度、高比模量、耐磨损、耐腐蚀等诸多优良的性能已经得到了快速的发展，并广泛地应用于汽车、航空航天、电子和光学仪器以及体育用品等领域。而本文在选择基体材料时，考虑到镁的密度更低(1.74g/cm 3)，仅为铝的 2/3，具有更高的比强度、比刚度，而且具有良好的阻尼性能和电磁屏蔽等性能，而镁基复合材料的增强体碳纤维具有良好的耐高温、耐腐蚀
