搅拌法制备碳化硅颗粒增强镁基复合材料及性能研究

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镁合金属于密度较小的金属结构材料,且比强度高。SiC颗粒具有强度高、模量大、导热性好,且与镁合金熔液润湿性良好等优点。SiC颗粒作为增强体制备的镁基复合材料具有优异的性能,尤其耐磨性能相较基体合金得到明显的提高。本研究选用AZ91D镁合金作为合金基体,平均粒径为50μm的SiC颗粒为增强相,采用机械搅拌炉制备了15vol-%SiCp/AZ91复合材料,利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱测试(EDS)分析了复合材料的显微组织、界面结合情况,并研究了搅拌温度、搅拌时间等工艺参数对于复合材料颗粒均匀性的影响。随后,分别在300℃、400℃和500℃对复合材料进行高温压缩实验,研究了同等压力下不同温度对复合材料颗粒均匀性的进一步影响。最后,对AZ91D合金及不同温度高温压缩后的复合材料进行了摩擦磨损实验,绘制了摩擦磨损曲线并通过磨痕形貌分析了磨损机制。研究结果表明:585℃进行半固态搅拌,搅拌速度为300r/min,当搅拌时间为3min时,SiC颗粒分布极不均匀,有大量团聚现象;当搅拌时间为13min时,SiC颗粒分布不均匀,有大片空隙及团聚;当搅拌时间为23min时,SiC颗粒分布较均匀;当搅拌时间为33min时,SiC颗粒分布较均匀,并没有明显变化。高温压缩试验中,在同等压力下适当的高温压缩变形可以明显改善颗粒的微观分布,有效消除复合材料微观颗粒分布不均匀现象,分析了300℃、400℃和500℃三个压缩温度下的复合材料微观组织的颗粒分布均匀性,确定了400℃和500℃为复合材料高温压缩实验适当的温度工艺参数。摩擦磨损实验中,比较压缩温度为300℃、400℃和500℃的复合材料摩擦磨损曲线,压缩温度为500℃的复合材料平均摩擦系数最大,压缩温度为300℃的复合材料平均摩擦系数较小,而压缩温度为400℃的复合材料平均摩擦系数最小。比较同时间段(2h)的AZ91D镁合金基体与复合材料的摩擦磨损曲线,复合材料的耐磨性较合金基体提高了20%,复合材料的平均摩擦系数较合金基体降低了15%。分析复合材料的磨损形貌,SiC颗粒与基体合金结合性良好,而复合材料的磨损过程存在着粘着磨损和磨粒磨损两种机制,在磨损后期以磨粒磨损机制为主。
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