《以镁合金为基体的复合材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《以镁合金为基体的复合材料（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、以镁合金为基体的复合材料,刘旭洋 1001130418 刘勇 1001130419 潘泽民 1001130420 史尚友 1001130421 宋驰 1001130422 孙传霖 1001130423 安丹丹 1001130501 冯志珍 1001130506 管羽 1001130509,1.复合材料发展的必然性 2.以镁合金为基体的复合材料的特点及制备 3.以镁合金为基体的复合材料的应用及发展现状 4.参考文献,复合材料发展的必然性,从世界范围看，复合材料特别是先进复合材料遇到了前所未有的发展机遇。这是由几个重要因素所决定的： 能源短缺，燃料持续涨价，要减少有害污染和排放等，环保要求越来越高
2、，于是减轻结构质量，发展高性能结构材料，成为至关重要的解决措施之一。 先进复合材料自身的优点和特性越来越被人们认识和发掘，如优异的比强度和比刚度带来的大幅度结构减重、高耐腐蚀性、良好的疲劳耐久性以及可以大规模整体成型等；,以碳纤维复合材料为代表的先进复合材料自诞生40多年来技术发展日益成熟，特别是各种低成本制造技术的出现，为扩大应用提供了前提条件； 各种原材料，如钢、铝、钛等近年来均在大幅涨价，唯有先进复合材料总趋势是在不断降价，使其应用更具有了竞争性。,以镁合金为基体的复合材料的特点,组成 镁基复合材料主要由镁合金基体、增强相和基体与增强相间的接触面界面组成。 基体 常用基体合金目前主要有：
3、Mg-Mn，Mg-A1，Mg-Zn，Mg-Zr（锆），Mg-Li 和Mg-Re（铼），此外，还有于较高温度下工作的2 个合金系Mg-Ag 和Mg-Y（钇）。镁基复合材料根据其使用性能选择基体合金。侧重铸造性能的，可选择铸造镁合金为基体；侧重挤压性能的，则一般选用变形镁合金。,增强相 增强相选择要求与铝基复合材料大致相同，都要求物理、化学相容性好，润湿性良好，载荷承受能力强，尽量避免增强相与基体合金之间的界面反应等。常用的增强相主要有纤维增强、晶须增强和颗粒增强。如C 纤维、Ti 纤维、B 纤维，Al2O3 短纤维，SiC 晶须，B4C 颗粒、SiC 颗粒和A12O3 颗粒等。,各种增强体的特点
4、,长纤维增强金属基复合材料性能好，但造价昂贵，不利于向民用工业发展，另外其各向异性也是阻碍因素之一 颗粒或晶须等非连续物增强金属复合材料是各向同性的，有利于进行结构设计，可以二次加工成型，可进一步时效强化，并具有高的强度，模量，硬度，尺寸稳定性，优良的耐磨、耐蚀、减振性能和高温性能，已日益引起人们的重视。,材料制备,由于镁的熔点与铝相近，镁基复合材料的制备工艺与铝基复合材料相似。纤维、颗粒、晶须增强镁基复合材料的制备方法主要有搅拌铸造、挤压铸造以及粉末冶金，除了这些传统的制备方法以外，近年还出现了机械合金化、熔体浸渗、DMD 法、自蔓延高温合成法、重熔稀释法、反复塑性变形等新型制备方法。,粉末
5、冶金法,粉末冶金法是把均匀混合的陶瓷颗粒或者增强纤维与微细纯净的镁合金粉末进行机械混合,排列以后,在模中压制,然后加热至合金两相区进行烧结,使增强物与镁基体聚集成一体形成镁基复合材料的方法。 粉末冶金法制备镁基复合材料的优点主要在于制备过程中基体纯镁或者镁合金不必经过全熔的高温状态,因而能避免铸造法带来的诸如镁合金强烈氧化,基体与增强物界面处发生过量反应等问题,且增强体颗粒在基体内分布均匀,从而赋予镁基复合材料更高的综合性能。而且粉末冶金法对增强体类型没有限制,可以任意改变增强物与基体的配比,制得高体积分数增强相的镁基复合材料。缺点是粉末冶金工艺设备复杂,成本较高,不易制备形状复杂的零件,而且
6、在生产过程中存在粉末燃烧、爆炸等危险,不易大规模工业化生产。适宜在实验室中使用。,DMD 法,DMD 法（Disintegrated Melt Deposition）是 Gupta等人提出的，先将基体与增强体颗粒在氩气保护下加热熔化并过热，然后将过热处理的镁熔体搅拌均匀， 由两个氩气喷嘴将射流均匀地喷射沉积到底部的基板 上制备复合材料。 用 DMD 法制备的复合材料基体与增强相之间的 界面良好，增强相在基体里分布均匀，起到显著的晶 粒细化作用，极大限度地抑制了孔洞的产生，是一种 新型而有效的镁基复合材料的制备方法。,自蔓延高温合成法,自蔓延高温合成技术（ SelfpropagatingHigh
7、-temperature Synthesis，简称 SHS）是将含有两种或两种以上物质的混合物压坯的一端进行点火引燃使其发生化学反应，仅依靠化学反应放出的热量蔓延引起未反应的邻近部分发生燃烧反应，直至整个坯料反应结束，其反应的生成物一般为陶瓷或金属间化合物，尺寸可达亚微米至微米级。,液态反应法,液态反应法就是先将基体合金熔化后,加入含有一定反应产物元素的反应原料,进行搅拌,反应物原料与基体合金中某种或几种元素发生化学反应,原位生成增强相,制备复合材料。 液态反应法制备的镁基复合材料的增强相在镁熔体中原位生成,界面无污染,界面结合良好,而且反应生成的增强相粒子尺寸细小,分布比较均匀,对提高复合材
8、料的性能十分有利。但是由于镁的活性比较大,容易和许多物质发生反应,所以目前还没有合适的反应体系可以形成热力学稳定性高、硬度大、弹性模量高的增强相。因此探索合适的反应体系是液态反应法研究的主要方向。,半固态搅拌熔铸法,半固态搅拌熔铸法就是靠桨叶旋转产生的机械搅拌作用使半固态镁基体合金熔体形成涡流来强制引入增强颗粒,在增强颗粒与先凝固的金属晶粒混合均匀后再升温浇铸,凝固后得到复合材料的方法。 半固态成型可以减少宏观偏析,使陶瓷颗粒在基体内分布均匀,降低凝固收缩和成型温度,很大程度上降低了镁在高温下的氧化烧损,减小危险性11,12。而且该工艺可以进行连续操作,有希望用于大规模工业生产,但是现在半固态
9、设备要求复杂,成本高,且镁基复合材料的半固态工艺不成熟,限制了半固态成型方法的广泛应用。,重熔稀释法,重熔稀释法（Remelting and Dilution，简称 RD）作为一种原位生成技术，已经在镁基复合材料的制备中使用 反复塑性变形法 反复塑性变形（Repeated Plastic Working，简称RPW）是 Kondoh 等人提出的一种非平衡加工技术。在材料制备过程中，将增强相颗粒与基体材料混合均匀后，用不同的压头交替进行压缩与挤压，经多次塑性变形后，坯体通过固相反应可以制备原位反应生成的强化相微粒子增强的高性能复合材料。压缩过程中，由于粒子的相对流动而互相混合、均匀分散；挤压过程
10、中，基体与添加粒子受剪切力作用被细化。反复进行压缩与挤压，便可达到了晶粒细化与均匀分散的双重效果。,薄膜冶金法,薄膜冶金法是表面处理方法,首先制备镁基体薄膜,然后在薄膜表面涂敷一层增强体,然后进行挤压变形和热处理,使增强体和基体紧密结合在一起形成镁基复合材料。 薄膜冶金法制备的镁基复合材料的增强相与基体主要靠机械粘合,界面结合较差,另外制备工艺复杂,所有操作均需在惰性气体保护下进行,设备要求条件高,成本高。而且薄膜冶金法对增强体的种类有限制,只能选择和基体有良好润湿性的增强体材料才能形成结合良好、没有显微裂纹的薄膜复合材料,工艺比较复杂,工艺过程比较长,在实际的应用中有很大的困难,以镁合金为基
11、体复合材料的优点,镁基复合材料是继铝基复合材料之后的又一具有竞争力的轻金属基复合材料, 在某些方面其性能甚至超过了铝基复合材料。 1.低密度（18X103kgm3，仅为铝或铝基复合材料的2/3 左右） 2.高比强度和比模量 3.良好的耐磨性、耐高温性、耐冲击性、优良的减震性能 4.良好的尺寸稳定性和铸造性能 5.具有电磁屏蔽和储氢特性等, 是一类优秀的结构与功能材料, 也是当今高新技术领域中最有希望采用的复合材料之一,以镁合金为基体的复合材料 的应用及发展现状,应用 镁基复合材料的应用从近期发展看,镁基复合材料并没有大规模地应用于常规结构件中,但它们在航空航天和汽车电子工业中的众多构件方面有着
12、广阔的应用及前景。,车身构架使用轻量化材料,EOS 6D镁合金机身骨架，机顶采用高级复合材料,三星900X3A-A01的侧面 外壳铝镁合金材质 笔记本的重量仅为1.350千克,我国以镁合金为基体的复合材料的研究现状,我国结合国防军工及高技术发展的需要,开展了颗粒与纤维增强镁基复合材料的研发,已有较好的研究基础。在镁基复合材料的复合和成形技术研究方面,已基本掌握精密铸造、挤压成形、超塑成形、搅拌铸造、真空压力浸渍等技术,并达到了国际先进水平。在铸造法制备颗粒增强镁基复合材料的研究方面,我国已解决复合材料铸造成形中存在的一些问题,如气孔、夹杂缺陷等,并可以浇注复杂的薄壁铸件。已成功浇注了精密铸件,
13、制成了颗粒增强镁基复合材料飞机液压分油盖、卫星遥感镜身和镜盒,并获得了应用。火箭用延伸喷管动作筒的应用研究也取得了较大进展。一些民用品如摩托车轮毂等也通过了试车。,以镁合金为基体的复合材料 国家重点研究院校,上海交通大学 材料科学与工程学院 轻合金精密成型国家工程研究中心 金属基复合材料国家重点实验 使上海交大走在金属基复合材料研究 的前列,存在的问题,镁基复合材料的复合机理、界面强化机理等基础研究还不够充分；复合材料的制备工艺还有待于改进和完善。 增强相和基体的性能还需进一步提高，目前常用的基体合金都存在着某些不足，比如AZ91D 合金虽然抗拉强度、压铸性能及抗腐蚀性能不错，但抗蠕变性能不够
14、理想。AS41B 合金抗蠕变性能不错，但强度、硬度不尽如人意。所以发展新型的具有优良性能的基体合金对复合材料的发展有重要意义。镁材料的腐蚀现象严重，电化学腐蚀及应力腐蚀现象尤为突出，杂质元素、晶粒细化和热处理等对其腐蚀影响规律的研究报道还不够。,此外，材料的回收性能也是制约镁基复合材料应用的一个重要问题，镁基复合材料由于本身的结构特性，使得它的回收再利用难度很大，这也极大制约了它的进一步应用。因此如何开发一种科学适用的回收体系，充分利用材料并有利于环境保护，也是镁基复合材料研究领域的一大热点。,展望,从目前发展趋势看, 简化现有制备工艺、改善成形性以降低制备成本是发展以镁合金为基体的复合材料的
15、攻克点,从而能实现大规模的商业化。以下几个方面将会成为今后的研究热点 :,(1)低成本制备技术的开发。原位生成的陶瓷颗粒增强相具有表面无污染、良好的界面相容性和高结合度等传统工艺不具备的特性,因此,借鉴目前原位内生颗粒增强铝基复合材料较为成熟的制备技术来探索原位内生颗粒增强镁基复合材料,尤其是改善界面结合行为,结合自发浸渗的原位合成技术来获得近终成型的镁基复合材料 (2)增强体的选择。采用超细增强体(如亚徽米、纳米增强体),研究其制备的关键技术,即增强体的分散性和基体界面的相容性,从而在提高强度的同时细化晶粒、提高塑性以获得优良综合性能的材料。,(3)超轻系镁基复合材料的研究。进一步研究开发应
16、用于航空航天结构件等方面的超轻系镁基复合材料,Mg一Li基复合材料是首选材料并将成为研究热点。 (4)颗粒增强镁基复合材料热力学及动力学 的计算机模拟技术将成为研究热点之一; (5)镁基功能复合材料的开发利用。尤其是镁基储能材料的研究开发将会更加深入。,(6)镁基复合材料回收和再利用技术。这是应环保及可持续发展要求而必须面对的新型课题。 （7）在汽车工业中,镁压铸件的加工、循环再生和铸造方面较铝有很大的技术优势,而且用镁可以代替汽车上的特种塑料,因此,原位颗粒增强镁基复合材料在汽车工业具有潜在的应用前景和广阔的市场 （8）镁基复合材料的智能化设计。,参考文献,1谷雪花,杨方,齐乐华,周计明. 镁基复合材料新型制备工艺及其应用J. 塑性工程学报,2011,(02):81-87. 2陈晓,傅高升,钱匡武. 镁基复合材料的研究现状和发展趋势J. 机电技术,2003,(S1):74-80. 3董群,陈礼清,赵明久,毕敬. 镁基复合材料制备技术、性能及应用发展概况J. 材料导报,2004,(04):86-9
