挤压铸造法制备颗粒增强镁基复合材料的技术研究

【摘要】镁合金在航空、汽车、电子等领域的发展和应用，使国内外对高质量镁合金的需求量急剧增加，但镁合金的低硬度、低强度、低模量、低耐磨损抗力等缺点使它的广泛应用受到了明显的限制。然而，镁基复合材料却能减轻或消除这些不足，尤其是颗粒增强镁基复合材料。SiCp具有硬度高，耐磨性好，具有抗热冲击、抗氧化、来源广泛等特点，同时其与AZ91D镁合金的物理润湿性及化学相容性较好，用其作为增强体制备镁基复合材料具有工业化生产前景。挤压铸造具有制造工艺简单、操作方便，成本低廉等优点，同时可使镁合金铸件获得细密的组织和较高的力学性能。此外，后续的热处理能明显细化铸件的晶粒尺寸，进一步提高综合力学性能。本文以AZ91D镁合金为基体，在无熔剂熔炼过程中加入平均尺寸为0.5μm，1wt%的SiC颗粒，采用挤压铸造法制备SiCp/AZ91D镁基复合材料，随后对其中一部分铸件进行热处理（固溶+时效）。根据金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和拉伸试验等结果对比研究和分析挤压铸造工艺参数及热处理对SiCp/AZ91D镁基复合材料的组织和力学性能的影响，确定最优挤压铸造工艺参数；同时研究了Ar旋转喷吹除气工艺对SiCp/AZ91D镁基复合材料组织和力学性能的影响，确定Ar旋转喷吹除气工艺引入的必要性。实验结果显示：在AZ91D基体中加入SiC颗粒可起到细化晶粒尺寸作用，SiCp可作为镁合金凝固时异质形核的中心，也会随着固液界面的推移在晶界处聚集；挤压铸造后晶粒得到进一步细化，热处理的过程中伴随着β-Mg17Al12相的消失和均匀性析出，晶粒得到细化，平均尺寸减小到100μm以下，SiC颗粒分布较为均匀，形貌比较完整，不存在明显的偏聚现象；Ar旋转喷吹除气工艺的引入，一方面带出了熔体中的杂质，另一方面使SiC颗粒的分布更加均匀。此外，挤压铸造法制备的SiCp/AZ91D镁基复合材料中SiC颗粒和AZ91D基体界面结合良好，断口形貌呈现韧-脆混合断裂特征，主要由解理台阶、撕裂棱和小尺寸的韧窝组成，经热处理后缩松，气孔等缺陷减少。挤压铸造法制备的SiCp/AZ91D镁基复合材料的力学性能显著提高，当挤压压力为100MPa，浇铸温度为720℃，模具温度200℃，保压时间为20s时抗拉强度最优为180MPa、伸长率为2.40%，相对于重力铸造SiCp/AZ91D镁基复合材料的141MPa、1.92%分别提高27.7%和25%，相对于重力铸造AZ91D基体的90MPa、1.68%分别提高100%和72%；挤压压铸造法制备的SiCp/AZ91D镁基复合材料经热处理后抗拉强度和伸长率都得到了大幅提升，其中抗拉强度最高达到233MPa，伸长率最高达到5.96%；当引入Ar旋转喷吹除气工艺后，挤压铸造法制备的SiCp/AZ91D镁基复合材料的抗拉强度可以达到167MPa、伸长率为2.36%，但经过热处理后其力学性能都有较大的提升且比较稳定，抗拉强度均达到212MPa以上，伸长率进一步提高；SiCp/AZ91D镁基复合材料在重力铸造下的抗拉强度为164MPa、伸长率为2.00%，与未引入Ar旋转喷吹除气工艺的重力铸造SiCp/AZ91D镁基复合材料的141MPa和1.92%有显微提高。
【作者】齐磊；
【导师】靳玉春；
【作者基本信息】中北大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】颗粒增强镁基复合材料；挤压铸造；热处理；显微组织；力学性能；

【参考文献】
[1]王均植.SN-338B数字地震仪故障检修80例[J].石油地球物理勘探,1982,01:71-86.
[2]曹腾威,谷凌云,黄和,高振,郦明芳.哺乳动物中RNA干扰沉默基因表达的研究进展[J].生物技术通报,2014,11:24-31.
[3]颜晨悦,高朋召,李玉平.以花生壳为原料制备生物形态多孔炭及其非等温氧化性能[J].机械工程材料,2011,10:28-31.
[4]张静.大众传媒视野下的民族民间旅游产品设计研究[D].南昌大学,设计艺术学,2012,硕士.
[5]张庆国,陆莹,杨杨,吴止境,金振兴.石墨烯电极材料的制备及其在双电层电容器中的应用[J].电子元件与材料,2013,08:1-4+10.
[6]姚莉华.罪犯与精神分裂症患者暴力行为相关因素研究[D].重庆医科大学,精神病与精神卫生,2004,硕士.
[7]马家曦.形成诉权理性之研讨[D].西南政法大学,诉讼法学,2012,硕士.
[8]江涛.心理定势的潜意识写作[D].沈阳师范大学,中国现当代文学,2013,硕士.
[9]李丽.基于.NET的公路质量管理系统的开发研究[D].武汉理工大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[10]魏玲.项目管理在NJN学院RS管理信息系统开发中的应用研究[D].电子科技大学,项目管理（专业学位）,2012,硕士.
[11]丁麟茜.《阿毗达磨俱舍论》的二重因果理论脉络[D].吉林大学,宗教学,2013,硕士.
[12]周艳菊.基于多智能体的群体智能决策支持系统生成器框架设计[D].中南大学,2002.
[13]胡小勇.碳基复合材料的制备及其电化学储能性能[D].湖南大学,2013.
[14]刘阳.从英语原生名词到名源动词之语义拓展的认知研究[D].湖南师范大学,英语语言文学,2014,硕士.
[15]张虎,姜建军,蒋先艺.模拟退火算法在海上地震勘探航线优化设计中的应用[J].石油地球物理勘探,2011,01:12-16+164+167.
[16]田琳.高氨氮废水部分亚硝化过程中N_2O的产生研究[D].山东师范大学,环境科学,2012,硕士.
[17]卢玮.腹腔镜下观察子宫内膜异位症对输卵管功能的影响[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[18]孙越冰.浅谈折衷主义下的中国法语口语教学[D].上海外国语大学,法语语言文学,2013,硕士.
[19]李达炜.基于LINUX操作系统的IPTV机顶盒开发[D].大连海事大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[20]倪全宝.宝钢三期工程1580mm热轧机生产管理计算机系统[J].冶金自动化,1999,01:6-10.
[21]田野.电动汽车远程监控、标定及诊断系统开发[D].吉林大学,动力机械及工程,2013,硕士.
[22]朱磊.考虑浮环支承的涡轮增压器转子系统动力学特性研究[D].合肥工业大学,车辆工程,2013,硕士.
[23]朱礼营,王玉振.混杂切换Hamilton系统的H_∞控制[J].控制与决策,2007,08:956-960.
[24]沈厚才,仲伟俊,徐南荣.求解具0－1变量的两级决策问题的分枝－定界优化方法[J].控制与决策,1995,02:179-183.
[25]岑洪.义和团运动期间的《申报》舆论[D].华东师范大学,中国近现代史,2004,硕士.
[26]曹晋军.医院数据综合查询和统计分析系统设计[J].医学信息,2004,06:322-323.
[27]林东.论职业能力取向的中职学校旅游地理课程教学改革[D].福建师范大学,教育,2003,硕士.
[28]蔡丹.死刑案件证明标准研究[D].西南政法大学,诉讼法学,2012,硕士.
[29]杨林劝.光纤传感器在航天计量测试中的应用[J].宇航计测技术.1992(02)
[30]杨健,王连俊.岩爆机理声发射试验研究[J].岩石力学与工程学报,2005,20:198-204.
[31]廖灵芝.稀疏编码算法中的自适应问题研究[D].北京交通大学,2008.
[32]冯本明.云存储中数据块资源分布及服务器效能优化问题研究[D].湖南大学,计算机科学与技术,2011,硕士.
[33]徐媛媛.DCX和SPAPC共表达对胶质瘤细胞生长、侵袭和放射敏感性的影响及其机制研究[D].苏州大学,放射医学,2013,硕士.
[34]曹爱雅.伊恩·麦克尤恩小说中家庭困境的伦理批评[D].苏州大学,英语语言文学,2013,硕士.
[35]陈瑞森.基于BFD的IP快速重路由的研究与实现[D].杭州电子科技大学,电路与系统,2013,硕士.
[36]汪怀义,孙庆国.火灾自动报警与消防联动控制系统设计和功能探讨[J].消防技术与产品信息.2002(04)
[37]侯月芳.非语言行为在对外汉语词类教学中的运用[D].曲阜师范大学,汉语国际教育（专业学位）,2013,硕士.
[38]王江安.FP公司水泥成本控制改进研究[D].西北大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[39]刘晓.AC-DC矩阵变换器调制与控制策略的研究[D].山东大学,电力电子与电力传动,2014,博士.
[40]刘焱.基本药物制度在社区卫生机构实施现状的调查研究[D].中国地质大学（北京）,公共管理,2014,硕士.
[41]万树平.基于分式规划的区间梯形直觉模糊数多属性决策方法[J].控制与决策,2012,03:455-458+463.
[42]李应宇,吕永坤,周景文,堵国成,陈坚.酿酒酵母转运蛋白Agp1p泛素化对氮源利用的影响[J].微生物学报.
[43]江光光.债券融资、财务风险与信用评级[D].云南财经大学,会计学,2014,硕士.
[44]许红叶.灰色理论与层次分析在基桩质量评估中的应用[D].南华大学,建筑与土木工程,2012,硕士.
[45]周金宏,汪定伟,徐洋.软计算求解分布式多工厂多顾客的供应链准时化生产计划问题[J].控制与决策,2001,06:894-897.
[46]付成波.锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的制备及其改性研究[D].广东工业大学,应用化学,2014,硕士.
[47]吴智铭,张钟俊.控制系统计算机辅助设计技术综述[J].自动化学报,1984,02:182-191.
[48]张晓.具有安全检查和态势感知能力的网络安全管理平台的分析与设计[D].北京邮电大学,信息安全,2013,硕士.
[49]苏龙.嗜热菌XZ2K2的分离与鉴定及葡聚糖蔗糖酶基因的克隆与表达[D].广西大学,微生物学,2004,硕士.
[50]刘元瑞.微生物和微生物—菊芋体系对海水养殖废水脱氮效应的研究[D].南京农业大学,海洋生物学,2013,硕士.