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镁基复合材料讲稿 镁基复合材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优良的力学和物理性能，在新兴高新技术领域中比传统金属材料和铝基复合材料的应用潜力更大，因此，自20世纪80年代末，镁基复合材料已成为金属基复合材料领域的研究热点之一。 今天我们组将简要介绍下镁基复合材料的组成，制备方法，性能，应用现状以及镁基复合材料研究领域存在的问题，并对它的研究发展趋势做了展望。 首先我们从材料科学的四要素结构、性能、加工和使用状况出发，简单的了解下镁基复合材料。 先看镁基复合材料结构组成镁基复合材料主要由镁合金基体、增强相和基体与增强相间的接触面界面组成。 基体有镁合金、铸镁和镁化合物，因纯镁强度低，不适于作为镁基复合材料的基体，一般需要添加合金元素进行合金化。 常用基体合金目前主要有MgA1，MgMn，MgLi，高强度基体MgZn，MgZr，于较高温度下工作的合金系MgRe、MgAg，此外，还有用于储氢的MgNi。 镁基复合材料根据其使用性能选择基体合金，侧重铸造性能的可选择铸造镁合金为基体；侧重挤压性能的则一般选用变形镁合金。 主要合金元素有A 1、Zn、Li、Ag、Zr、Th、Mn、Ni和稀土金属等，其中A 1、Zn、Li最为常用。 它们在镁合金中具有固溶强化、沉淀强化、细晶强化等作用。 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。 常用的增强相主要有C纤维、Ti纤维、B纤维，Al2O3短纤维，SiC晶须，B4C颗粒、SiC颗粒和A12O3颗粒等。 长纤维增强金属基复合材料性能好，但造价昂贵，不利于向民用工业发展，另外其各向异性也是阻碍因素之一颗粒或晶须等非连续物增强金属复合材料各向同性，有利于进行结构设计，可以二次加工成型，可进一步时效强化，并具有高的强度，模量，硬度，尺寸稳定性，优良的耐磨、耐蚀、减振性能和高温性能，巳日益引起人们的重视由于镁及镁合金比铝和铝合金化学性质更活泼，因而所用增强相与铝基复合材料不尽相同。 如Al2O3是铝基复合材料常用的增强相，但在镁基复合材料中，其与Mg会发生反应:3Mg+A12032Al+3MgO降低其与基体之间的结合强度,所以镁基复合材料中较少采用Al2O3作为增强相。 C纤维高强、低密度的特性使其理应是镁基复合材料最理想的增强相之一虽然C与纯镁不反应，但却与镁合金中的A 1、Li等反应，可生成A14C 3、Li2C2化合物，严重损伤碳纤维。 研究发现B4C、SiC与镁不反应，但B4C颗粒表面的玻璃态B2O3与Mg能够发生界面反应，产生使得液态Mg对B4C颗粒的润湿性增大，所以这种反应不但不降低界面结合强度，反而可使复合材料具有优异的力学性能。 由此可见SiC和B4C晶须或颗粒是镁基复合材料合适的增强相。 再来看看镁基复合材料都有哪些制备方法镁基复合材料的制备工艺与铝基复合材料基本相似，但因镁合金基体化学性质很活泼，制备过程中的高温阶段都需要真空、惰性气氛、CO2+SF6混合气体保护，以防止氧化。 其制备方法主要有粉末冶金法，熔体浸渗法、喷射法、熔体浸渗法、铸造法以及原位生成等。 下面就对一些常用方法做下了解。 接下来看看镁基复合材料的组织与性能相对于传统金属材料和铝基复合材料，有关镁基复合材料的组织与性能的研究目前虽然已经取得了一定的成果，但还不够全面深入，力学性能数据分散性也比较大，仍处于探索性研究阶段。 材料工作者对镁基复合材料的耐磨性能和疲劳断裂机理进行了研究，并围绕镁基复合材料的力学性能及物理性能做了一些工作。 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。 储氢镁基复合材料一般采用球磨法制备。 高能球磨后，颗粒活化，镁颗粒与增强相颗粒以及颗粒内部的大量相界、微观缺陷的存在是材料具有优异氢化性能的主要原因。 通过机械合金化工艺可以制备出具有优良储氢性能的复合材料，典型体系MgMg2Ni，而且若在研磨过程中辅以某些有机添加剂对提高材料的储氢性能有很大帮助，但较高的脱氢温度以及相对较慢的吸放氢速度限制了镁基合金实际应用。 另外非晶态镁基复合材料的优良性能更是引起了人们的普遍兴趣。 根据前面对镁基复合材料结构、制备工艺以及性能的介绍，我们不难对其进行简单的分类我们再看看镁基复合材料实际中的应用这是螺旋桨、导弹尾翼，这张是轴承。 下面我们看看镁基复合材料的研究情况，并对其应用做些展望镁基复合材料研究领域目前存在的问题镁基复合材料基础研究方面存在的问题镁基复合材料的复合机理、界面强化机理等基础的研究还不够充分。 镁材料的腐蚀现象严重,电化学腐蚀及应力腐蚀现象尤为突出。 杂质元素、晶粒细化、热处理等对材料腐蚀影响程度,研究报道还不够。 镁基复合材料生产技术研究方面存在的问题基体合金性能的提高对复合材料性能有极大的促进。 目前常用的基体合金都存在着某些不足,比如AZ91D合金虽然抗拉强度、压铸性能及抗腐蚀性能不错,但抗蠕变性能不是很好。 AS41B合金抗蠕变性能不错,但强度、硬度不尽如人意。 所以发展新型的具有优良性能的基体合金对复合材料的发展有重要意义。 将先进的制造技术和材料的生产相结合,可以获得优良的材料性能。 比如在铸造后通过热等静压(HIP)工艺可以消除铸造产生的缩松问题;采用真空高压压铸能够达到减少缩松,提高塑性的效果。 因此充分将先进的制备加工技术(如真空高压压铸、触变铸造、低压压铸、挤压铸造、快速凝固、喷射铸造等等)同材料生产相结合,是提高材料性能、拓展应用领域的一个快捷途径。 同时,材料的回收性能也是制约镁基复合材料应用的一个重要问题,镁基复合材料由于本身的结构特性,使得它的回收再利用难度很大,这也极大制约了它的进一步应用。 因此如何开发一种科学适用的回收体系,充分利用材料并有利于环境保护,也是材料研究领域的一大热点话题。 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。 但其力学性能相对铝基复合材料尚有一定差距，发展方向可能在于选用超细增强相(如亚微米、纳米级增强相)提高复合材料强度的同时细化晶粒、提高塑性等，另外，通过原位反应合成增强相，控制界面反应制备镁基复合材料的方法也是一个值得研究和开发的领域。 值得关注的是:目前一种称之为机械分解和沉积的新型合成技术正被应用于镁基复合材料的制备,所制得材料对应的弹性模量、屈服强度都呈明显增加,而强度并不降低。 此外，在现有的镁基复合材料制备工艺条件下，大范围的应用还远未成为现实，因此在镁基复合材料的制备工艺、回收技术以及材料内部结构性能的各个领域都需要进行更多的原理研究及应用探索。 对于空间应用及交通