镁基复合材料课件.ppt

【镁基复合材料】,姓名：耿坤峰,学号：2010444174,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300500倍。电磁屏蔽性佳。,散热性好：金属的热传导性是塑料的数百倍，其热传导性略低于铝合金及铜合金，远高于钛合金，常用合金中比热最高。耐蚀性好：为碳钢的8倍，铝合金的4倍，为塑料材料的10倍以上。质感佳：外观及触摸质感极佳，使产品更具豪华感。可回收性好：花费相当于新料价格的4%，可回收利用镁合金制品及废料。,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的重视，在新兴高新技术领域比传统金属和铝基复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。,镁基复合材料初步认识,镁基复合材料结构,镁 基 复 合 材 料 结 构,常用的基体镁合金,标准,高强度,耐热,储氢,Mg-Al合金,Mg-Zn-Zr合金,Mg-Re-Zr合金,Mg-合金,碳化物 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。 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。,常用颗粒增强体种类,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,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。 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。,优良的力学性能,内部因素,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。,增强体形状及取向,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。,增强体体积分数,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,优良的耐磨性,外部因素,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。,正载荷,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,优良的耐磨性,图1 磨损量随磨损时间变化曲线,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。,优良的耐磨性,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,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),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),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),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。,原位生成技术（In-situ formation）,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,铸造法 (Casting Route),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。,原位生成技术（In-situ formation）,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。,原位反应自发浸渗工艺(Insitu Reactive Infiltration Process) 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。,原位反应复合(In situ Reactive Process) 通过放热反应，在基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。,其他制备方法,薄膜冶金工艺 (Foil Metallurgy Processing) RCM法 (Rotation Cylinder Method) DMD法 (Disintegrated Melt Deposition)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( XD)气泡法 (Gas-bubbling Method)反复塑性变形法(Repeated Plastic Working),镁基复合材料分类,镁基复合材料的应用,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。 DOW 化学公司用AlzO SiC Mg复合材料已制成皮带轮、油泵盖等耐磨件，并制备出完全由AlzO Mg复合材料构成的油泵。 美国海军研究所和斯坦福大学利用B C MgLi、BpMgLi复合材料制造卫星天线构件。 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，试图利用其低密度、耐磨损、高比刚度等特点用于汽车的盘状叶轮、活塞环槽、齿轮、变速箱轴承、差动轴承、拨叉、连杆、摇臂等零部件。,应用,镁基复合材料产品,电子工业,汽车工业,航空航天工业,镁基复合材料的研究及展望,镁基复合材料研究方向,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。,Thank You!,