论文摘要
SiCp/Mg复合材料以低密度,良好的热膨胀性和耐磨性等优异的性能,备受研究者关注,特别是高体分SiCp/Mg复合材料,是近期研究热点。本文以AZ91D为基体,以SiC颗粒为增强相,采用真空压力浸渗法制备双尺寸颗粒SiC/Mg复合材料。通过OM、SEM和XRD对复合材料微观组织进行了分析;并对复合材料热膨胀性能和耐磨性能进行了研究,揭示了热膨胀性能和耐磨性能的影响因素及其规律;同时,对复合材料拉伸性能进行了研究。主要研究结果如下:SiC颗粒覆盖保护镁合金熔体是真空压力浸渗法制备双尺寸颗粒SiC/Mg复合材料的一种简单、有效的方法。采用该方法制备的复合材料,在粗细颗粒粒径为100/11μm、质量比为3:1配比的条件下,体积分数高达71%,致密度高达99.1%。微观组织研究结果发现:粗细颗粒搭配均匀,但在颗粒接触面附近的顶角或细窄通道处存在少量的微孔。同时,其XRD分析表明,浸渗中存在少量的Mg2Si新相,并且随浸渗温度升高和凝固时间增长,Mg2Si新相含量增加。热膨胀性能测试结果表明:SiC颗粒加入显著降低基体合金热膨胀系数。其中,粗细颗粒粒径为47/5μm、质量比为3:1、增强相体积分数为56.2%的复合材料,其在30-100℃区间的热膨胀系数为7.716×10-6/K。在增强相粒径一定时,随SiC颗粒体积分数增加,复合材料热膨胀系数逐步降低;而在增强相体积分数相近时,随SiC颗粒粒径减小,复合材料热膨胀系数逐渐降低,且增强相粒径对热膨胀系数影响较体积分数影响更为明显。另外,随致密度降低、Mg2Si相含量升高、基体晶粒尺寸增大,复合材料热膨胀系数也降低。耐磨性能测试发现:SiC颗粒加入明显改善基体合金耐磨性,同时也改善磨损表面氧化和粘着现象,使复合材料磨损表面的磨损程度减轻。其中,粗细颗粒粒径为245/21μm、质量比为3:1、增强相体积分数为62.7%的复合材料,其磨损量仅为基体合金的1/50。在增强相粒径一定时,随SiC颗粒体积分数增加,复合材料耐磨性能提高;在增强相体积分数相近时,随SiC颗粒粒径减小,复合材料耐磨性能降低,且磨损表面犁沟、粘着现象加剧;增强相粒径对耐磨性能影响较体积分数影响更为明显,但增强相粒径较大,易引起基体微裂纹。此外,对拉伸性能初步研究发现,SiC颗粒加入明显提高基体合金弹性模量,降低基体合金泊松比。