镁基复合材料

应用
应用
镁基复合材料的研究及其展望
研究方向
研究中的问题
展望
研究方向
组成及界面反应
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。
制备及合成工艺
反应物的选择和反应工艺的控制。
结构及性能
力学性能主要集中于复合材料的拉伸与压缩性能，时 效特性，以及低温与高温超塑性等方面；物理性能有阻尼 性能和储氢性能等研究内容，同时对镁基复合材料的耐磨 性能和疲劳断裂机理也进行了研究。
镁基复合材料的性能特点 B4C和SiC颗粒增强镁基复合材料的耐磨性能 和 颗粒增强镁基复合材料的耐磨性能
性能
B4C和SiC颗粒增 强镁基复合材料比 基体合金耐磨性能 有较大提高
镁基复合材料的性能特点
性能
加入纳米SiC后，材料从轻微磨损到严 重磨损的转变温度提高了50℃，复合材 料表现出较好的耐高温磨损性能，使其 能够在更高的温度下保持更好的耐磨性 能。
研究中的问题
镁基复合材料基础研究方面存在的问题
镁基复合材料生产技术研究方面存在的 问题
镁基复合材料基础研究方面存在的问题
镁基复合材料的复合机理、界面强化机理等基础的研究还 不够充分。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、热处理等对材料腐 蚀影响程度,研究报道还不够。
性能
随着铝合金板厚度的增加， 基叠层复合材 随着铝合金板厚度的增加，镁基叠层复合材 层复 料的压缩和弯曲比强度增加，而拉伸比强 压缩和弯曲比 料的压缩和弯曲比强度增加，而拉伸比强度 先增加后减小。 则先增加后减小。
性能
储氢 镁基复合材料具有 储氢量大、质量轻、价 格低以及资源丰富等优 点。
镁基复合材料的分类
原位生成技术（ formation） 原位生成技术（In-situ formation） 生成技术
原位反应自生增强法( 原位反应自生增强法 In-situ Reaction Synthesis)通过基体合金 与反应物发生一定化学反应，在基体中原位生成所需的增强体来 制备复合材料。 原位反应复合(In situ Reactive Process)通过放热反应，在基 原位反应复合 体内部生成相对均匀分散的增强体，增强体与基体近似处于平衡 状态，形成的低能界面使原位复合材料在本质上处于稳定状态 原位反应自发浸渗工艺(Insitu Reactive Infiltration Process) 原位反应自发浸渗工艺 利用金属熔体自发渗入和原位放热反应直接合成增强相这2个工 艺过程进行有机的结合制备出镁基复合材料
镁基复合材料生产技术研究方面存在的问题
1、 基体合金性能的提高对复合材料性能有极大的促进， 目前常用的基体合金都存在着某些不足，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。 2、充分将先进的制备加工技术同材料生产相结合,是提高 材料性能、拓展应用领域的一个快捷途径。 3、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。
复合材料
------镁基复合材料 镁基复合材料
12008110 江龙康 12008121 余 晴 12008124 赵宇飞
12008116 田 12008123 赵
原 旭
12008127 倪文涛
镁基复合材料
镁基复合材料的初步认识
镁基复合材料的研究及其展望
镁基复合材料的初步认识
结构
应用
性能 制备 工艺
内
增强体形状及取向
增强体体积分数
正载荷
复合材料的磨损率随载荷的增大而增加，存 在一个磨损由轻微向剧烈转变的载荷，石墨 的加入延迟了复合材料向剧烈磨损的转变。
不论是内部因素还是外部因素， 不论是内部因素还是外部因素，都是通过影响磨损 机制而对镁基复合材料的磨损特性施加影响。 机制而对镁基复合材料的磨损特性施加影响。
将增强相预制成形，再通过压力，将熔融的基体金属渗入到预 制体间隙中，达到复合化的目的。熔体浸渗法包括压力浸渗、无压 浸渗与负压浸渗。
铸造法 (Casting Route)
制备工艺
挤压铸造法（ 挤压铸造法（Squeeze Cast）是通过压机将液态金属强行 ） 压入增强材料的预制件中以制备复合材料的一种方法； 搅拌铸造法 (Compo-Casting)是靠机械、电磁或超声波等 搅拌方法，使增强颗粒充分弥散到镁基体合金熔体，最终浇注或 挤压成型的工艺方法。
镁化 合物
结 构
镁合 金
SiC颗粒或晶须 颗粒或晶须 碳（石墨）纤维 石墨）
基体
铸镁
B4C颗粒 颗粒
增强相
Al203颗粒或纤维
A118B4033颗粒或晶须
TiC颗粒 颗粒
常见镁合金基体
标准 高强度 耐热
储氢பைடு நூலகம்
•Mg-Al合金 •Mg-Zn-Zr合金 •Mg-Re-Zr合金 •Mg-Ni合金
制备工艺
展望
镁基复合材料拥有优异的力学性能和物理性能，已 经显示出广阔的应用前景。 制备工艺、回收技术以及材料内部结构性能的各个 领域进行更多的原理研究及应用探索。 空间应用及交通领域 人类社会的老龄化问题日益突出，发展各种超轻结 构材料对于老年人独立工作及日常生活十分必要。
参考文献
[1] 杜文博，严振杰，吴玉锋等. 镁基复合材料的制备方法与新工艺.稀有 金属材料与工程. 2009, 38(3) [2] T W 克莱因. 金属基复合材料导论 . 余永宁,房志刚译. 北京:冶金工业 出版社. 1996. [3] 董 群, 陈 礼,清赵明久等. 镁基复合材料制备技术、性能及应用发展概 况. 材料导报. 2004, 18(4) [4] 张修庆, 滕新营.镁基复合材料的制备工艺. 热加工工艺 2004, (3) [5]方信贤, 王 莹.原位合成颗粒增强镁基复合材料研究进展.南京工程学 院学报( 自然科学版). 2008, 6(2) [6 ]南宏强 ,袁 森 ,王武孝等. 颗粒增强镁基复合材料的制备工艺研究进 展. 2006, 27(4) [7] 孙志强，张 荻，丁 剑等。原位增强镁基复合材料研究进展与原位反 应体系热力学. 材料科学与工程. 2002, 20(4) [8]胡连喜,李小强.挤压变形对SiCw/ZK51A镁基复合材料组织和性能的 影响.中国有色金属学报,2000,10 (5)
按基体材料分类 铸镁、镁合金、镁化合物 连续纤维增强、 非连续纤维增强、 自生增强、层板 外加增强镁基复合材料 按制备工艺分类 原位自生镁基复合材料 按性能分类
按增强体的类型 分类 镁基复合材料
结构、功能
应用
1.美国TEXTRON、DOW 化学公司用SiC ／Mg复合 材料制造螺旋桨、导弹尾翼、内部加强的汽缸等 2.德国克劳斯塔工业大学采用 AlzO SiC ／Mg制成了 轴承、活塞、汽缸内衬等汽车零件； 3.加拿大镁技术研究所成功开发了搅拌铸造及挤压铸造 SiC颗粒增强镁基复合材料，利用其低密度、耐磨损、 高比刚度等特点用于汽车的盘状叶轮
制备工艺
简称PM法，是利用粉末冶金原理，将基体粉末与增强颗粒按设 计要求的比例进行机械混合，然后再压坯、烧结或直接用混合料进行 热压、热轧、热挤成型来制备镁基复合材料的方法，是较早用来制备 镁基复合材料的工艺。
喷射法 (Spray Forming)
一种快速凝固法，包括喷射沉积法、熔融旋压法等
熔体浸渗法 (Melt Infiltration Process)
粉末冶金法 (Powder Metallurgy) 喷射法 (Spray Forming) 熔体浸渗法 (Melt Infiltration Process) 铸造法 (Casting Route) 原位生成技术（ 原位生成技术（In-situ formation） 生成技术 ）
粉末冶金法 (Powder Metallurgy)
参考文献
[9]汤彬 ，李培杰，曾大本等. 镁基复合材料研究的现状和展望.特种铸造 及有色合金.2002,(3) [10]陈 晓, 傅高升, 钱匡武.镁基复合材料的研究现状和发展趋势.中南大 学材料科学与工程学院.2003 [11]王毅,邱晓航,申泮文.镁基储氢材料研究新进展.化学通报.2004,(5) [12]张国定，赵昌正．金属基复合材料．上海交通大学出版社，1996. [13]胡 志，闫 洪，凌李石保等.纳米 SiC 颗粒增强 AZ61 镁基复合材料 制备工艺的优化.铸 造.2009,(9) [14 ]李新林，王慧远，姜启川. 颗粒增强镁基复合材料的研究现状及发 展趋势 . 材料科学与工艺，2001，9 (6) [15]王朝辉，康永林，赵鸿金等. 纳米SiC颗粒增强AM60镁合金组织性 能的研究 . 特种铸造及有色合金，2005，25 (11)
其他技术
制备工艺
薄膜冶金工艺 (Foil Metallurgy Processing) RCM法 (Rotation Cylinder Method) 法 DMD法 (Disintegrated Melt Deposition) 法 重熔稀释法 (Remelting and Dilution ) 低温反应自熔 ( RSM) 混合盐反应法 ( LSM ) 放热反应法( 放热反应法 XD) 气泡法 (Gas-bubbling Method) 反复塑性变形法(Repeated Plastic Working) 反复塑性变形法
纳米SiC一的加入能够改善AZ91D镁合金 的高温耐磨性能，在室温到300℃的温度 范围内，随着温度的提高，基体和复合 材料的磨损量都是先减小然后急剧增加。
优
学
性 能
采用热轧制备了7075AI／MGY／7075A1叠层复 合材料，在实验范围内，材料的拉伸强度达到300 MPa以上，最高达370 MPa，高于常见镁合金的。 随着铝合金厚度的增加，叠层复合材料的拉伸 和弯曲刚度逐渐增加，且拉伸刚度均高于相应 镁合金的。随着铝合金厚度的增加，3003A1／ AZ31／3003A1叠层复合材料的拉伸比刚度逐 渐减小，其它3种叠层复合材料的则逐渐增加， 但上述4种镁基叠层复合材料的弯曲比刚度均 先增加后降低。MGY系叠层复合材料的弯曲 比刚度在镁合金厚度约占1／2时达到最大值， 而AZ31系叠层复合材料的则在镁合金厚度 约占40％时达到最大值。
性能
镁金属的性能优势
镁金属是当前所用结构金属材料中最轻的 金属，具有比其它金属都高的比强度和比 刚度，抗震、抗冲击性能好
但是
镁合金耐腐蚀性差是限制其广泛 应用的原因之一
若是利用镁合金做基体制作复合材料， 则能够在保护镁合金的同时又能发挥 镁合金比强度高的优点
性能
主要特点
密度低，比强度和比刚度高，同时还具 有良好的耐磨性、耐冲击性、优良的尺 寸稳定性和铸造性能，是一类优秀的结 构与功能材料
优良的耐磨性
增强相种类
性能
增强体属于硬质的颗粒、短纤维(或晶须)、 长纤维，此种情况下增强体的引入使得基 体硬度提高，导致材料耐磨性增加。 在种类、体积等其它属性相同的情况 下，形状圆润的增强体有利于复合材 料耐磨性的提高。 在体积分数较低时，镁基复合材料的 耐磨性一般随硬质增强体体积分数的 增加而提高
参考文献
[16 ] Lloyd D J . Particle reinforced Aluminum and Magnesium Matrix Composites[J ] . Intl Mater Reviews ,1994 , (39) [17] Hufenbac W, Andrich M, Langkamp A et al. Journal of Materials Processing Technology[J], 2006 [18] Wang S R, Geng H R, Wang Y Z et al. Theoretical and Applied Fracture Mechanics[J], 2006 [19] Güden M, Akil O, Tasde mirci A et al. Materials Science and Engineering A[J], 2006 [20] Schaller R. Materials Science and Engineering A[J], 2006 [21] Mazzoni A D, Conconi MS. Phase Stability and Microstructure ofMgA12O4/SiC Composites Sintered in Argon At mosphere. Ceramics International, 2000,26(2) [22] Watanabe H, Mukai T. Low Temperature Superplasticity in a Magnesium-based Composite. Scripta Materialia, 2000,42(3) [23] Weiss B, Eckert J. Thermal Stability and Viscosity of Mg-based Glasses and Composites. Materials Science Forum, 1999,343 [24] Sharma S C,Anand B. Evaluation of Sliding Wear Behaviour of Feldspar Par-ticle-reinforced Magnesium Alloy Composites. Wear,2000,241(1) [25] Sun D, Gingl F. Phase Components of the SinteredMg-xLaNi5 (x=20~50) Composites and their Hydrogenation Properties. Acta Materialia, 2000,48(9)