漂珠/AZ91D复合材料微观组织与性能
发布时间：2021-09-29 18:26
采用搅拌铸造法,向镁合金熔体中添加漂珠,制备了漂珠/AZ91D复合材料,研究了该复合材料微观组织的均匀性、相组成、力学性能和阻尼性能。结果表明,漂珠在基体中分布均匀,无偏聚现象。在复合材料制备过程中,漂珠与镁合金熔体发生反应并被填充,使得复合材料中有Mg2Si和MgO相生成。与基体合金相比,复合材料的力学性能和阻尼性能均得到明显提高。复合材料的断裂是以解理断裂为主的脆性断裂,在断裂过程中漂珠壁被撕裂。复合材料的阻尼机制主要是位错阻尼和界面阻尼。
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2017,46(11)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
漂珠形貌40μm
度的测量采用CMT5105微机控制电子万能试验机，加载速度为2mm/min。采用动态热机械分析仪（DMAQ800型）进行阻尼性能的测试，试样尺寸为60mm×6mm×1mm。阻尼-应变振幅谱的测试条件为：测试温度为室温，频率为1Hz，应变振幅为5110~4210；阻尼-温度谱的测试条件为：测试温度为室温~325℃，频率为1Hz，应变振幅为1×10-4，升温速度为5℃/min。2结果与讨论2.1漂珠分布均匀性分析增强体在基体中的均匀分布是保证复合材料性能均匀的前提，也是采用搅拌铸造法制备颗粒增强复合材料应解决的关键问题。图2是漂珠/AZ91D镁合金复合材料的金相组织。从图中可以看出，漂珠颗粒被镁合金熔体所充满，并且能够均匀地分布在基体中。漂珠是由煤粉燃烧生成的粘土液滴在电厂烟道中迅速冷却而得到，漂珠壁表面及内部存在较多微小孔洞[12]，在搅拌过程中，镁合金熔体浸入微小孔洞中，发生化学反应而使漂珠壁进一步减薄和破裂，从而导致空心漂珠被镁合金熔体填充。漂珠加入到镁合金熔体后，由于漂珠密度远小于镁合金密度而使其上福在搅拌过程中，漂珠被镁合金熔体填充而使其密度增大，从而使其下沉。为了便于研究漂珠在熔体中的运动规律，作如下假设：（1）漂珠是球形，并被镁合金熔体充满；（2）在搅拌过程中，漂珠分布均匀，停止搅拌后漂珠进行自由沉降，沉降过程中不受周围颗粒和坩埚壁的影响。漂珠在沉降过程中受到重力、浮力和阻力的作用。在开始沉降瞬间，漂珠所受阻力为零，并随着运动速度的增加而增大。所以，在开始阶段漂珠进行加速沉降，当沉降速度达到一定值时便进行匀速沉降。由于漂珠颗粒较小，加速阶段较短，可以忽略不计，可将整个沉降过程视为匀速沉降过程。漂珠沉降速度可由下式求得[13]：1SM
14]为332.810kg/m，镁合金密度为331.8210kg/m，720℃时镁合金熔体的粘度[15]为35.210Pas。根据式（2）和式（4），可得到漂珠的沉降速度为44.010m/s。此外，在颗粒增强复合材料中，影响颗粒分布均匀性的因素还有颗粒与基体合金熔体的润湿性。本研究中，漂珠与镁合金熔体在界面处发生了反应，改善了界面润湿性，促进了漂珠在基体合金中的均匀分布[11]。2.2复合材料的相组成及微观组织图3为漂珠/AZ91D镁合金复合材料的XRD图谱。可以看出漂珠/AZ91D复合材料中有Mg2Si和MgO相生成。图4为漂珠/AZ91D镁合金复合材料的SEM照片。可以看出复合材料中有未反应完全的漂珠存在，但从XRD图谱中则未发现有SiO2和Al2O3存在。主要原因为：漂珠中的SiO2和Al2O3主要以非晶态形式存在，从而使得复合材料中晶态SiO2和Al2O3的含量很低。经过计算，复合材料中晶态SiO2和Al2O3的总含量不到1%（质量分数）。考虑到漂珠与镁合金熔体的反应，晶态SiO2和Al2O3的含量则会更少。因此，由于复合材料中晶态SiO2和Al2O3的含量很少，在XRD测试过程中没有检测到二者的衍射峰。此外，从图3漂珠/AZ91D镁合金复合材料的XRD图谱Fig.3XRDpatternofFAC/AZ91Dcomposites图4漂珠/AZ91D复合材料的SEM照片Fig.4SEMimageofFAC/AZ91Dcomposites图4还可以看出β-Mg17Al12呈不连续网状分布在α-Mg晶界处，Mg2Si呈块状分布，MgO分布在漂珠壁与基体的界面处。根据热力学原理，漂珠与镁合金熔体可能发生如下化学反应[16,17]：212Mg(l)+SiO(s)=Si(s)+2MgO(s)G7650015.4T（5）222Mg(l)+Si(s)=MgSi(s)G240009.4T（6）2333
【参考文献】：
期刊论文
[1]Al2O3-SiO2（sf）/AZ91D复合材料的蠕变微观组织和变形机理[J]. 田君,石子琼,钟守炎,廖梓龙. 中国有色金属学报. 2013(05)
[2]粉末冶金热挤法制备无钯镀镍碳纤维增强镁基复合材料及组织观察[J]. 罗小萍,张敏刚,吕春翔,吕晓轩. 稀有金属材料与工程. 2012(04)
[3]粉煤灰/铝-镁合金复合材料的微观组织及摩擦磨损性能[J]. 王庆平,闵凡飞,吴玉程,刘银,曹银南. 中国有色金属学报. 2012(04)
[4]镁及镁合金阻尼特性的研究进展[J]. 刘楚明,纪仁峰,周海涛,陈明安. 中国有色金属学报. 2005(09)
[5]原位反应自生MgO/Mg2Si增强镁基复合材料的热力学和动力学研究[J]. 陈晓,傅高升,钱匡武,王连登. 铸造技术. 2003(04)
[6]粉煤灰空心微珠性能的测试研究[J]. 李云凯,王勇,高勇,钟家湘. 硅酸盐学报. 2002(05)
[7]粉煤灰漂珠的抗压强度及其影响因素研究[J]. 付晓茹,翟建平,吕鹏,黄蕾. 粉煤灰综合利用. 2002(04)
本文编号：3414231
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2017,46(11)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
漂珠形貌40μm
度的测量采用CMT5105微机控制电子万能试验机，加载速度为2mm/min。采用动态热机械分析仪（DMAQ800型）进行阻尼性能的测试，试样尺寸为60mm×6mm×1mm。阻尼-应变振幅谱的测试条件为：测试温度为室温，频率为1Hz，应变振幅为5110~4210；阻尼-温度谱的测试条件为：测试温度为室温~325℃，频率为1Hz，应变振幅为1×10-4，升温速度为5℃/min。2结果与讨论2.1漂珠分布均匀性分析增强体在基体中的均匀分布是保证复合材料性能均匀的前提，也是采用搅拌铸造法制备颗粒增强复合材料应解决的关键问题。图2是漂珠/AZ91D镁合金复合材料的金相组织。从图中可以看出，漂珠颗粒被镁合金熔体所充满，并且能够均匀地分布在基体中。漂珠是由煤粉燃烧生成的粘土液滴在电厂烟道中迅速冷却而得到，漂珠壁表面及内部存在较多微小孔洞[12]，在搅拌过程中，镁合金熔体浸入微小孔洞中，发生化学反应而使漂珠壁进一步减薄和破裂，从而导致空心漂珠被镁合金熔体填充。漂珠加入到镁合金熔体后，由于漂珠密度远小于镁合金密度而使其上福在搅拌过程中，漂珠被镁合金熔体填充而使其密度增大，从而使其下沉。为了便于研究漂珠在熔体中的运动规律，作如下假设：（1）漂珠是球形，并被镁合金熔体充满；（2）在搅拌过程中，漂珠分布均匀，停止搅拌后漂珠进行自由沉降，沉降过程中不受周围颗粒和坩埚壁的影响。漂珠在沉降过程中受到重力、浮力和阻力的作用。在开始沉降瞬间，漂珠所受阻力为零，并随着运动速度的增加而增大。所以，在开始阶段漂珠进行加速沉降，当沉降速度达到一定值时便进行匀速沉降。由于漂珠颗粒较小，加速阶段较短，可以忽略不计，可将整个沉降过程视为匀速沉降过程。漂珠沉降速度可由下式求得[13]：1SM
14]为332.810kg/m，镁合金密度为331.8210kg/m，720℃时镁合金熔体的粘度[15]为35.210Pas。根据式（2）和式（4），可得到漂珠的沉降速度为44.010m/s。此外，在颗粒增强复合材料中，影响颗粒分布均匀性的因素还有颗粒与基体合金熔体的润湿性。本研究中，漂珠与镁合金熔体在界面处发生了反应，改善了界面润湿性，促进了漂珠在基体合金中的均匀分布[11]。2.2复合材料的相组成及微观组织图3为漂珠/AZ91D镁合金复合材料的XRD图谱。可以看出漂珠/AZ91D复合材料中有Mg2Si和MgO相生成。图4为漂珠/AZ91D镁合金复合材料的SEM照片。可以看出复合材料中有未反应完全的漂珠存在，但从XRD图谱中则未发现有SiO2和Al2O3存在。主要原因为：漂珠中的SiO2和Al2O3主要以非晶态形式存在，从而使得复合材料中晶态SiO2和Al2O3的含量很低。经过计算，复合材料中晶态SiO2和Al2O3的总含量不到1%（质量分数）。考虑到漂珠与镁合金熔体的反应，晶态SiO2和Al2O3的含量则会更少。因此，由于复合材料中晶态SiO2和Al2O3的含量很少，在XRD测试过程中没有检测到二者的衍射峰。此外，从图3漂珠/AZ91D镁合金复合材料的XRD图谱Fig.3XRDpatternofFAC/AZ91Dcomposites图4漂珠/AZ91D复合材料的SEM照片Fig.4SEMimageofFAC/AZ91Dcomposites图4还可以看出β-Mg17Al12呈不连续网状分布在α-Mg晶界处，Mg2Si呈块状分布，MgO分布在漂珠壁与基体的界面处。根据热力学原理，漂珠与镁合金熔体可能发生如下化学反应[16,17]：212Mg(l)+SiO(s)=Si(s)+2MgO(s)G7650015.4T（5）222Mg(l)+Si(s)=MgSi(s)G240009.4T（6）2333
【参考文献】：
期刊论文
[1]Al2O3-SiO2（sf）/AZ91D复合材料的蠕变微观组织和变形机理[J]. 田君,石子琼,钟守炎,廖梓龙. 中国有色金属学报. 2013(05)
[2]粉末冶金热挤法制备无钯镀镍碳纤维增强镁基复合材料及组织观察[J]. 罗小萍,张敏刚,吕春翔,吕晓轩. 稀有金属材料与工程. 2012(04)
[3]粉煤灰/铝-镁合金复合材料的微观组织及摩擦磨损性能[J]. 王庆平,闵凡飞,吴玉程,刘银,曹银南. 中国有色金属学报. 2012(04)
[4]镁及镁合金阻尼特性的研究进展[J]. 刘楚明,纪仁峰,周海涛,陈明安. 中国有色金属学报. 2005(09)
[5]原位反应自生MgO/Mg2Si增强镁基复合材料的热力学和动力学研究[J]. 陈晓,傅高升,钱匡武,王连登. 铸造技术. 2003(04)
[6]粉煤灰空心微珠性能的测试研究[J]. 李云凯,王勇,高勇,钟家湘. 硅酸盐学报. 2002(05)
[7]粉煤灰漂珠的抗压强度及其影响因素研究[J]. 付晓茹,翟建平,吕鹏,黄蕾. 粉煤灰综合利用. 2002(04)
本文编号：3414231
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