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镁基复合材料的性能特点和应用(镁基功能材料)

镁基复合材料的性能特点和应用(镁基功能材料) 镁基复合材料的制备

镁及镁合金虽具有密度低、比强度大、比刚度高和抗冲击性强等诸多优点。但是也有一些固有缺点,如硬度、刚度、耐磨性、燃点较低、不是一种良好的结构材料,使其应用受到相当大的制约。若向镁基体中添加陶瓷颗粒或碳纤维制成复合材料,则可以在很大程度上改善镁的力学性能,提高耐热和抗蠕变性能,降低热膨胀系数等。可作为复合材料增强相的颗粒有:氧化物、碳化物、氮化物、陶瓷、石墨和碳纤维等。制备镁基复合材料的工艺主要是:铸造法、粉末冶金法、喷射沉积法。

铸造方法

铸造是制备镁合金复合材料的基本工艺,可分为搅拌混合法、压力浸渗法、无压浸渗法和真空浸渗法。

搅拌铸造法

在这种方法中,使用高速旋转搅拌器的叶片来搅拌金属熔体,使其剧烈流动,形成以搅拌轴为中心的涡流。增强颗粒加入涡流中,颗粒通过涡流负压的吸力进入熔体。搅拌一段时间后,颗粒均匀地分布在熔体中。该方法简单、成本低,可用于制备含有Sic、Al2O3、SiO2、云母或石墨等增强相的镁基复合材料。但也有一些难以克服的缺点:搅拌过程中会混入气体和夹杂物,相的偏析和固结会增强,组织粗糙,基体和增强相之间会发生有害的界面反应,增强相的体积分数会受到一定的限制,产品性能较低,性价比没有明显优势。用这种方法生产镁基复合材料时,应采取严格的安全措施。

液体渗透过程。

用这种方法制备镁基复合材料时,需要将增强材料与粘结剂混合制成预制体,然后用惰性气体或作用于压力介质的机械设备将镁熔体压入预制体的间隙中。凝固后可制成复合材料,根据工艺不同可分为压力浸渗、无压浸渗和真空浸渗。浸渍可以通过挤压和浇铸机进行,或者可以使用特殊的浸渍设备。增强相与镁熔体之间的润湿性对浸渗过程有重要影响,是关键的工艺参数。当浸润角θ;& lt90度;当两相可以渗透时,否则很难渗透。通常,镁熔体和陶瓷颗粒之间有良好的润湿性。影响渗透过程的另一个技术参数是预成型件中的粘合剂。

粉末冶金法

该方法是将预制的镁粉或镁合金粉与陶瓷颗粒均匀混合成一体,经真空空脱气、固结成型后,通过压力加工制成所需形状、尺寸和性能的复合材料半成品。粉末固结工艺包括热压、冷压和热压以及等静压。该方法的主要优点是:基体合金的显微组织细小,增强相的比例可以任意调节,甚至高达50%左右,陶瓷颗粒尺寸可以小于5 μm;m,但缺点是金属粉末在制备和储存过程中表面容易被氧化,对材料的塑性和韧性不利;大尺寸铸锭的制备需要大型设备和模具,投资大;采用的温度低,不会发生有害的界面反应,提高材料的塑性和韧性。

铸锭大变形挤压锻造后,粉末颗粒会结合在一起,材料密度可以接近理论值。

喷射沉积法

喷射沉积工艺是制备高性能合金材料的有效方法之一。如果在喷雾沉积过程中将陶瓷颗粒引入雾化锥并与雾化颗粒共沉积,则可以制备陶瓷颗粒增强的复合材料。共沉积法制备的AZ91、QE22合金/Al2O3或SiC颗粒复合材料的弹性模量和耐磨性大大提高,膨胀系数大大降低。

由于喷涂过程短,材料制备简单方便;增强颗粒均匀分布在基体金属中,界面反应轻微,性能优异。QE22/SiCp复合铸锭的孔隙体积分数高达20%。挤压后具有优良的强度和塑性,延伸率达到12%,而传统铸造QE2合金只有2%。

用1 

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