ND增强镁基复合材料的热膨胀性能研究
发布时间：2021-07-05 10:19
镁及镁合金由于其高比强度、比刚度、质量轻以及可回收利用等优点,而成为结构金属中广泛研究的重要材料。纯镁具有较高的导热系数,对镁及镁合金导热性能的研究有助于其在轻量化导热领域中的应用。本文通过粉末冶金的方法制备了不同添加量的纳米金刚石增强镁基复合材料,利用TEM、热膨胀仪等研究了其微观组织对热膨胀性能的影响。结果表明,纳米金刚石的加入可显著地细化镁基体合金晶粒,同时有效地降低其热膨胀系数,材料的尺寸稳定性得到改善。
【文章来源】：电子显微学报. 2020,39(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
ZK60粉末SEM像。
利用XRD进行物相分析,图2为0.05% ND+ZK60复合材料的XRD谱图。复合材料的衍射峰中主要以α-Mg相为主,并含有少量MgZn2相。Mg的衍射峰强度高,MgZn2的衍射峰较弱,且数量较少,这是由于复合材料中大部分是Mg基体,只有少量的MgZn2相分散于镁基体中。其中三强峰所对应的2θ为32°、34°和36°,分别对应的HCP镁合金晶体中的柱面 (10 1 ˉ 0) 、基面(0002)和锥面 (10 1 ˉ 1) 。2.2 微观组织分析
进一步利用透射电镜分析复合材料的微观组织。以0.05% ND+ZK60复合材料为例,从图6a可看出,在复合材料中的晶粒内部和晶界处分布着大量的黑色颗粒的MgZn2,对其进行衍射分析得到如图6b所示的ND、MgZn2多晶衍射环以及镁基体的衍射图,其中(111)为ND的衍射面,(110)、(213)为MgZn2的衍射面,(0002)、 (0 1 ˉ 10) 、 (0 1 ˉ 11) 为镁基体衍射面。结果表明在ZK60基体中分散着第二相MgZn2晶粒,与EDS能谱结果相一致。第二相MgZn2与ZK60镁基体的高分辨结果如图6c所示MgZn2与ZK60间存在一个界面过渡层,厚度约为2 nm。在ND和Mg基体界面结构的高分辨透射照片结果中,发现ND镶嵌在基体内部,有较好的结合。通过透射电镜对其他含量的ND添加的复合材料进行表征,结果表明大量纳米级的MgZn2和ND颗粒均匀地分布在α-Mg基体中,这对ND/ZK60复合材料的机械性能和导热性具有显著的影响。随着含量的增加,ND将难以均匀地分散在α-Mg中。纳米金刚石的团聚会导致基体不均匀,阻碍热变形中晶体内部位错的运动,起到一定的钉扎作用,造成位错塞积,使位错密度大幅度增加。同时,复合材料的晶粒细化使得电子背散射的机会变大,这加剧了ND颗粒周围α-Mg基体的变形,因此,热膨胀系数会明显提升。图4 不同质量分数ND+ZK60复合材料EBSD图。Bar=20 μm
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mg-Y-Nd合金{1011}孪晶界面稀土原子偏聚的电子显微研究[J]. 李万鹏,刘翠秀,陈斌,毕建军,孙威. 电子显微学报. 2018(06)
[2]热处理对ZK60复合材料热膨胀行为的影响[J]. 王金辉,栾世宇,张亚坤,张磊,时博. 热加工工艺. 2018(16)
[3]Al-Cu-Mg-Zn合金相变储热材料热循环稳定性研究[J]. 李元元,程晓敏,何高,叶蓬. 热加工工艺. 2012(22)
[4]颗粒尺寸对SiCp/Mg复合材料热膨胀性能的影响[J]. 徐志锋,陈超,吴开志,刘文娜. 特种铸造及有色合金. 2012(10)
[5]初始织构对高温轧制AZ31镁合金板显微组织与织构影响的EBSD研究[J]. 罗晋如,GODFREY Andrew,刘伟,辛仁龙,刘庆. 电子显微学报. 2011(Z1)
[6]SiCp/AZ61镁基复合材料的热膨胀性能研究[J]. 杜磊,闫洪,凌李石保. 特种铸造及有色合金. 2011(01)
[7]SiCP尺寸对AZ61镁基复合材料组织和性能的影响[J]. 刘少平,揭小平,闫洪,胡志. 热加工工艺. 2009(18)
[8]Mg-Gd-Y-Zn合金400℃热处理过程中长周期堆垛结构的形成[J]. 王飞,孙威,刘林林. 电子显微学报. 2009(04)
[9]氧化的碳化硅颗粒增强铝-镁基复合材料的界面微结构特征[J]. 刘俊友,施忠良,刘国权,顾明元,Lee Jae chul. 电子显微学报. 2001(03)
[10]电子封装铝基复合材料热循环曲线研究[J]. 喻学斌,张国定,吴人洁. 航空材料学报. 1995(01)
本文编号：3265888
【文章来源】：电子显微学报. 2020,39(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
ZK60粉末SEM像。
利用XRD进行物相分析,图2为0.05% ND+ZK60复合材料的XRD谱图。复合材料的衍射峰中主要以α-Mg相为主,并含有少量MgZn2相。Mg的衍射峰强度高,MgZn2的衍射峰较弱,且数量较少,这是由于复合材料中大部分是Mg基体,只有少量的MgZn2相分散于镁基体中。其中三强峰所对应的2θ为32°、34°和36°,分别对应的HCP镁合金晶体中的柱面 (10 1 ˉ 0) 、基面(0002)和锥面 (10 1 ˉ 1) 。2.2 微观组织分析
进一步利用透射电镜分析复合材料的微观组织。以0.05% ND+ZK60复合材料为例,从图6a可看出,在复合材料中的晶粒内部和晶界处分布着大量的黑色颗粒的MgZn2,对其进行衍射分析得到如图6b所示的ND、MgZn2多晶衍射环以及镁基体的衍射图,其中(111)为ND的衍射面,(110)、(213)为MgZn2的衍射面,(0002)、 (0 1 ˉ 10) 、 (0 1 ˉ 11) 为镁基体衍射面。结果表明在ZK60基体中分散着第二相MgZn2晶粒,与EDS能谱结果相一致。第二相MgZn2与ZK60镁基体的高分辨结果如图6c所示MgZn2与ZK60间存在一个界面过渡层,厚度约为2 nm。在ND和Mg基体界面结构的高分辨透射照片结果中,发现ND镶嵌在基体内部,有较好的结合。通过透射电镜对其他含量的ND添加的复合材料进行表征,结果表明大量纳米级的MgZn2和ND颗粒均匀地分布在α-Mg基体中,这对ND/ZK60复合材料的机械性能和导热性具有显著的影响。随着含量的增加,ND将难以均匀地分散在α-Mg中。纳米金刚石的团聚会导致基体不均匀,阻碍热变形中晶体内部位错的运动,起到一定的钉扎作用,造成位错塞积,使位错密度大幅度增加。同时,复合材料的晶粒细化使得电子背散射的机会变大,这加剧了ND颗粒周围α-Mg基体的变形,因此,热膨胀系数会明显提升。图4 不同质量分数ND+ZK60复合材料EBSD图。Bar=20 μm
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mg-Y-Nd合金{1011}孪晶界面稀土原子偏聚的电子显微研究[J]. 李万鹏,刘翠秀,陈斌,毕建军,孙威. 电子显微学报. 2018(06)
[2]热处理对ZK60复合材料热膨胀行为的影响[J]. 王金辉,栾世宇,张亚坤,张磊,时博. 热加工工艺. 2018(16)
[3]Al-Cu-Mg-Zn合金相变储热材料热循环稳定性研究[J]. 李元元,程晓敏,何高,叶蓬. 热加工工艺. 2012(22)
[4]颗粒尺寸对SiCp/Mg复合材料热膨胀性能的影响[J]. 徐志锋,陈超,吴开志,刘文娜. 特种铸造及有色合金. 2012(10)
[5]初始织构对高温轧制AZ31镁合金板显微组织与织构影响的EBSD研究[J]. 罗晋如,GODFREY Andrew,刘伟,辛仁龙,刘庆. 电子显微学报. 2011(Z1)
[6]SiCp/AZ61镁基复合材料的热膨胀性能研究[J]. 杜磊,闫洪,凌李石保. 特种铸造及有色合金. 2011(01)
[7]SiCP尺寸对AZ61镁基复合材料组织和性能的影响[J]. 刘少平,揭小平,闫洪,胡志. 热加工工艺. 2009(18)
[8]Mg-Gd-Y-Zn合金400℃热处理过程中长周期堆垛结构的形成[J]. 王飞,孙威,刘林林. 电子显微学报. 2009(04)
[9]氧化的碳化硅颗粒增强铝-镁基复合材料的界面微结构特征[J]. 刘俊友,施忠良,刘国权,顾明元,Lee Jae chul. 电子显微学报. 2001(03)
[10]电子封装铝基复合材料热循环曲线研究[J]. 喻学斌,张国定,吴人洁. 航空材料学报. 1995(01)
本文编号：3265888
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