镁基复合材料

镁基复合材料结构
SiC颗粒或晶须
碳（石墨）纤维
B4C颗粒
增强相
Al203颗粒或纤维
A118B4033颗粒或晶须
TiC颗粒
镁 基 复 合 材 料 结 构 常用的基体镁合金
标准
•Mg-Al合金 •Mg-Zn-Zr合金 •Mg-Re-Zr合金 •Mg-合金
高强度
耐热 储氢
常用颗粒增强体种类
碳化物
普遍认为，颗粒增强复合材料强化机制主要有以下几点： 1. 由于基体与增强体热膨胀系数不同导致材料内产生热残余应力以及 由于热残余应力释放导致基体中产生高密度位错。 2.增强体的加入对基体变形的约束以及对基体中位错运动的阻碍产生 了强化； 3.基体向增强体的载荷传递以及晶粒细化强化等。
优良的耐磨性
姓名：耿坤峰 学号：2010444174
【 镁 基 复 合 材 料 】
目录
镁基复合材料的初步认识 镁基复合材料的结构
镁基复合材料的组织性能
镁基复合材料的制备方法
镁基复合材料的分 类 镁基复合材料的应用
镁基复合材料的研究及展望
镁的性能
重量轻：镁合金是最轻的工程结构材料。镁的密度1.74，约为钢的1/4， 铝的2/3，为工程塑料的1.5倍。 比强度、比刚度高：镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝 合金和钢相当，而远远高于工程塑料，为一般塑料的10倍。 减振性好：相同载荷下，是铝的100倍，钛合金的300～500倍。 电磁屏蔽性佳。 80 散热性好：金属的热传导性是塑料的 70 数百倍，其热传导性略低于铝合金及 60 50 铜合金，远高于钛合金，常用合金中 40 比热最高。 30 耐蚀性好：为碳钢的8倍，铝合金的4 20 倍，为塑料材料的10倍以上。 10 0 质感佳：外观及触摸质感极佳，使产 品更具豪华感。 80 70 60 可回收性好：花费相当于新料价格的 50 世界镁产量 年度 40 4%，可回收利用镁合金制品及废料。 中国镁产量 30
TiC颗粒
TiC为面心立方晶格，具有高熔点、高硬度及高温稳定性好等优点。TiC与镁的 润滑性好于铝的润滑性。且不和镁发生界面反应。因此，TiC是作为镁的增强相的 较佳选择。
硼化物
TiB2颗粒
TiB2是一种新型的工业陶瓷原料。具有硬度大，耐磨损，耐酸碱，导电
性与稳定性好等优异特性。
TiB颗粒
TiB具有高硬度、高熔点、良好的导电性、抗熔融腐蚀性等，是作为镁
万吨
98 00 02 04 19 20 20 20
万吨
20 10
20
06
镁基复合材料初步认识
镁基复合材料密度小，仅为铝或铝基复合材 料的2/3左右，具有高的比强度和比刚度以及良 好的力学和物理性能，受到航空航天、汽车、 机械以及电子等高技术领域合材料的应用 潜力更大。因此自20世纪80年代末，镁基复合 材料已经成为金属基复合材料领域的研究热点 之一。
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。
基复合材料增强相的较佳选择。但是，遗憾的是对于 TiB颗粒增强镁基复
合材料的研究报道很少。
氧化物颗粒
氧化物弥散强化机制日益受到研究者的重视，过去研究者只限于制备
小体积分数的MgO增强镁基复合材料，现在已有研究者制备出大体积分数 MgO增强镁基复合材料。
镁基复合材料的性能
优良的力学性能
目前，对于颗粒增强金属基包括镁基复合材料的强化机制还没有一个 统一而完善的理论。
SiC颗粒
SiC的硬度高，耐磨性好，并具有抗热冲击、抗氧化等性能。镁没有稳定的碳 化物，SiC在镁中热力学上是稳定的，因此，SiC常用作镁基复合材料的增强相，并
且来源广泛价格便宜，用其作为增强颗粒制备镁基复合材料具有工业化生产前景。
B4C颗粒
B4C为菱面体结构，高熔点、高硬度，硬度仅次于金刚石与立方氮化硼，是密 度最低的陶瓷材料，热膨胀系数相当低，价格也较便宜。
优良的储氢性能
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。
优良的阻尼性能 在所有的金属结构材料中，镁的阻尼性能最好， 因此，采用高阻尼镁合金为基体，选择合适的增强 体，通过合理的设计，可望使复合材料最大Q值达到 0.01以上，获得高阻尼、高强度和低密度的减振材料。
镁基复合材料制备方法
优良的耐磨性
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。
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 。
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（In-situ formation）
粉末冶金法 (Powder Metallurgy)
增强相种类
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
内部因素
增强体形状及取向
增强体体积分数
外部因素
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。
优良的耐磨性
B4C和SiC颗粒增强镁基复合材料的耐磨性能
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
图1 磨损量随磨损时间变化曲线