镁基复合材料（课堂PPT）

1、.1镁基复合材料复合材料概论 .2了解镁基复合材料组织性能制备工艺结构应用.3碳（石墨）纤维碳（石墨）纤维SiCSiC颗粒或晶须颗粒或晶须AlAl2 20 03 3颗粒或纤维颗粒或纤维TiCTiC颗粒颗粒B B4 4C C颗粒颗粒A1A11818B B4 40 03333颗粒或晶须颗粒或晶须增强相结 构.40102030405060708019982000200220042006年度万吨镁的性能镁的性能世界镁产量中国镁产量重量轻重量轻：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、比刚度高比强度、比刚度高：镁合金的比强度明显高于铝合金和

2、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。.5镁基复合材料的组织与性能镁基复合材料的组织与性能 v镁基复合材料组织特征为增强体分布在基体合金中，同时引入了大量的界面以及高密度位错缠结

3、，其晶粒度较基体合金也小，无论是高密度位错引起的位错强化，还是细化晶粒的作用都将提高和改善复合材料的拉伸强度和刚度等力学性能。 v挤压变形、固溶时效以及其它一些工艺的运用和调整都将有利于进一步提高镁基复合材料力学性能。镁基复合材料具有良好的阻尼性能(减振性能)、电磁屏蔽性能和储氢特性，是良好的功能材料，还具备密度小、贮氢容量高、资源丰富等优点。 v镁基贮氢复合材料正被日益重视，主要制备方法有多元合金化、机械合金化、多元复合等。.6密度低，比强度和比刚度高，同时还具有良好的耐磨性、耐冲击性、优良的尺寸稳定性和铸造性能，是一类优秀的结构与功能材料主要特点主要特点性能若是利用镁合金做基体制作复合材料

4、，则能够在保护镁合金的同时又能发挥镁合金比强度高的优点.7采用热轧制备了7075AIMGY7075A1叠层复合材料，在实验范围内，材料的拉伸强度达到300 MPa以上，最高达370 MPa，高于常见镁合金的。随着铝合金厚度的增加，叠层复合材料的拉伸和弯曲刚度逐渐增加，且拉伸刚度均高于相应镁合金的。随着铝合金厚度的增加，3003A1AZ313003A1叠层复合材料的拉伸比刚度逐渐减小，其它3种叠层复合材料的则逐渐增加，但上述4种镁基叠层复合材料的弯曲比刚度均先增加后降低。MGY系叠层复合材料的弯曲比刚度在镁合金厚度约占12时达到最大值，而AZ31系叠层复合材料的则在镁合金厚度约占40时达到最大值

5、。优良的力学性能优良的力学性能性 能.8性能储氢性能储氢性能 镁基复合材料具有储氢量大储氢量大、质量轻、价格低以及资源丰富资源丰富等优点。.9制备方法粉末冶金法粉末冶金法(Powder Metallurgy)铸造法铸造法(Casting Route)熔体浸渗法熔体浸渗法(Melt Infiltration Process) 喷射法喷射法(Spray Forming)(Spray Forming)薄膜冶金工艺薄膜冶金工艺(Film metallurgical (Film metallurgical process) process) .10制备方法v粉末冶金法粉末冶金法(Powder Metal

6、lurgy) PM工艺是较早用来制备镁基复合材料的。其特点是：工艺是较早用来制备镁基复合材料的。其特点是：对基体合金种类和增强体类型以及体积含量没有严格限制，对基体合金种类和增强体类型以及体积含量没有严格限制，通过粉末混合工艺可以使陶瓷颗粒在基体中达到分布均匀。通过粉末混合工艺可以使陶瓷颗粒在基体中达到分布均匀。该法在制备该法在制备A1基复合材料中得到了成功应用，尽管镁的化基复合材料中得到了成功应用，尽管镁的化学活泼性高，但通过适当的气氛保护后学活泼性高，但通过适当的气氛保护后PM法同样适用于镁法同样适用于镁基复合材料的制备。其中，混粉、压实、烧结基复合材料的制备。其中，混粉、压实、烧结3个步

7、骤对复个步骤对复合材料的微观组织和性能有很大影响。利用合材料的微观组织和性能有很大影响。利用PM 工艺，结合工艺，结合低能机械合金化等特殊的粉末混合技术，针对不同的镁合金低能机械合金化等特殊的粉末混合技术，针对不同的镁合金体系以及各种陶瓷增强体，经过二次加工成型后，获得了性体系以及各种陶瓷增强体，经过二次加工成型后，获得了性能良好的管材、板材以及棒材等。能良好的管材、板材以及棒材等。.11制备方法v铸造法铸造法(Casting Route)v搅拌铸造是制备颗粒增强金属基复合材料的一种典型工艺，通常分为搅拌铸造是制备颗粒增强金属基复合材料的一种典型工艺，通常分为3类：类： 全液态搅拌铸造工艺；全

8、液态搅拌铸造工艺；半固态搅拌铸造工艺；前半固态搅拌铸造工艺；前2类工艺属搅类工艺属搅拌铸造法。拌铸造法。 搅熔铸造工艺。搅熔铸造工艺。v搅熔铸造法是靠桨叶旋转产生的机械搅拌作用使半固态基体合金熔体形搅熔铸造法是靠桨叶旋转产生的机械搅拌作用使半固态基体合金熔体形成的涡流来强制引入增强颗粒，在增强颗粒与先凝固的金属晶粒混合均成的涡流来强制引入增强颗粒，在增强颗粒与先凝固的金属晶粒混合均匀后再升温浇铸，凝固后得到镁基复合材料的方法。匀后再升温浇铸，凝固后得到镁基复合材料的方法。 v搅拌铸造法是在液态下搅拌，搅拌后产生的负压使复合材料很容易吸气搅拌铸造法是在液态下搅拌，搅拌后产生的负压使复合材料很容易

9、吸气而形成气孔，另外增强颗粒与基体合金的密度不同易造成颗粒沉积和微而形成气孔，另外增强颗粒与基体合金的密度不同易造成颗粒沉积和微细颗粒的团聚等现象。细颗粒的团聚等现象。 v半固态成型可以减少宏观偏析，降低凝固收缩和成型温度，且陶瓷颗粒半固态成型可以减少宏观偏析，降低凝固收缩和成型温度，且陶瓷颗粒在基体内分布均匀。由于该工艺在很大程度上降低了镁在高温下的氧化在基体内分布均匀。由于该工艺在很大程度上降低了镁在高温下的氧化烧损，且该工艺设备简单、成本低，最有希望应用于大规模的工业生产。烧损，且该工艺设备简单、成本低，最有希望应用于大规模的工业生产。.12制备方法熔体浸渗法熔体浸渗法(Melt Inf

10、iltration Process) v按施压方式可以分为压力浸渗、无压浸渗和负压浸渗3种 v压力浸渗是先将增强颗粒做成预制件，加入液态镁合金后加压使熔融的镁合金浸渗到预制件中，制成复合材料，该工艺已很成熟。 v无压浸渗是指熔的镁合金在惰性气体的保护下，不施加任何压力对增强颗粒预制件进行浸渗。该工艺设备简单 、成本低 ，但预制件的制备费用较高，因此不利于大规模生产。 v负压浸渗是通过预制件造成真空的负压环境使熔融的镁合金渗入到预制件中，制备的SiCMg颗粒在基体中分布均匀。 .13制备方法v喷射法喷射法(Spray Forming)(Spray Forming) 喷射法是一种快速凝固法，包括喷

11、射沉积法、熔融旋压法等。喷射法是一种快速凝固法，包括喷射沉积法、熔融旋压法等。 喷射沉积法首先使液态金属在高压惰性气体喷射下雾化，形成熔融合金喷射流，同时将颗粒喷入熔融合金的射流中，使液固两相颗粒混合并共沉积到预处理的衬底上，快速凝固得到镁基复合材料。 v薄膜冶金工艺薄膜冶金工艺(Film metallurgical process)(Film metallurgical process) 也称箔冶金扩散焊接工艺，目前只在MgLi基复合材料中使用，与粉末冶金法相比，该法可减少表面污染，但工艺稍复杂。 .14应用v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。 vDOW 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。 v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。 v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。.15应用.16镁基复合材料产品.17电子工业汽车工业航空航天工业.18镁基复合材料的发展前景展望镁基复合材料的发展前景展望 从目前发展趋势看，简化现有制备