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鎂課堂:(八十五)鎂合金板帶材生產4

2017年03月14日 9:25 5992次瀏覽 來源:   分類: 鎂資訊   作者:

  復合材料的性能決定于基體、增強相及它們之間的界面,但是在鎂基復合材料中,界面特性起著至關重要的作用,因此鎂及鎂合金有很高的化學活性,易與增強相發(fā)生界面反應,生成有害產物。
  界面問題不可小覷
  常用的增強材料有碳纖維、SiC、Al2O3、B4C及B纖維,在制備鎂基復合材料時,由于溫度較高,增強相會與鎂熔體發(fā)生反應,如用Al2O3顆粒與短纖維作為增強相,則可與鎂發(fā)生反應:
  3Mg+Al2O3=2Al+3MgO
  降低基體與增強相之間的結合強度。
  若用的Al2O3中殘留有SiO2,則它可與Mg反應產生Si:
  2Mg+SiO2=Si+2MgO
  生成的Si繼續(xù)與Mg反應:
  2Mg+Si=Mg2Si
  Mg2Si對界面結合強度不利,因此鎂合金復合材料宜少用或不用Al2O3作為增強材料。
  碳纖維具有高強度、高模量、低密度等特點,且不與Mg反應,是一種好的鎂基復合材料增強相,但若鎂合金含有Al與Li等合金化元素,則會與碳反應生成Al4C3、Li4C化合物,損傷碳纖維,降低復合材料性能。不過,對碳纖維進行C-Si-O梯度表面涂層處理,可以大大提高界面結合強度。
  B4C一般不與純鎂反應,但其表面有一層B2O3膜,可與鎂熔體反應生成MgB2:
  4Mg+B2O3=MgB2+MgO
  生成的MgB2可以提高Mg熔體與B4C之間的潤濕性,提高界面結合強度。
  SiC在鎂基復合材料制備過程中不會與基體發(fā)生界面反應,但其表面上的SiO以及在SiC預制坯時膠黏劑中存在的SiO2則易與鎂基體發(fā)生有害反應。
  由以上分析可見,SiCp和B4Cp(p代表顆粒)比較適合于制備鎂基復合材料,由于它們在鎂熔體中的穩(wěn)定性高,可以用熔體攪拌工藝制造復合材料。在生產鎂基復合材料時,不同的制備工藝宜選擇適合的增強相。采用噴射沉積和快凝/粉末冶金法時,由于不會產生界面化學反應,故增強相選擇比較自由。用鑄造法時,由于增強相與熔體直接接觸,而且時間長,溫度高,易誘發(fā)界面化學反應,故增強相選擇應慎重。
  鎂基復合材料組織
  鎂基復合材料的組織與其他金屬基復合材的相似,也是纖維狀、顆粒狀或晶須增強相分布于基體之中,由于它們的膨脹系數相差較大,在增強相外圍存在高密度的位錯纏結和殘余應力,有利于提高材料強度。增強材料還可以細化基體合金晶粒。細化機制:一是增強化表面作為基體合金的非法均勻晶核提高了形核速率。二是增強相吸收基體熱量,提高了界面處的冷卻速度。三是增強相阻礙晶界移動而阻礙晶粒長大。因此,相同基體成分合金的晶粒,復合材料的比鑄錠冶金材料的小得多、例如AZ81/SiCp復合材料基體的晶粒尺寸約為鑄造合金AZ80合金晶粒的1/3,因而復合材料有更高的力學性能。
  有人觀察到,在AZ81/SiCp復合材料中,在SiCp表面上有Mg17Al12相形核并向熔體內擴展長大,它們之間的界面為半共格,但由于凝固時界面有排斥作用,SiC顆粒易富集于晶界。
  也有研究者發(fā)現,在ZCM30/SiCp復合材料中,在SiC顆粒表面有薄片狀共晶相生成,它與SiC的結合強度比基體與SiC間的結合強度大一些,因而復合材料內共晶相的生成有利于力學性的提高。
  有人在研究真空壓力浸漬制備ZM5/SiCp復合材料時,發(fā)現界面結合緊密,而且有Al偏聚,導致界面處有針狀和塊狀β-Mg17Al12相析出,由于SiC粒子表面吸附了一定量的氧,在制備復合材粒時,鎂與氧反應,生成MgO,附著在界面上,在界面附近基體中存在著高密度的位錯纏結組織。

責任編輯:淮金

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