碳纳米管及稀土Pr对AZ91镁合金性能影响研究
发布时间：2021-09-07 15:00
稀土元素作为增强相,在镁基复合材料中已得到广泛应用。随着碳纳米材料的被发现,碳纳米管因其独特的分子结构、优越的力学性能和物理性能而受到广泛的关注,并逐渐用于作为镁基复合材料的增强相。本文首先采用铸造法制备了稀土Pr增强AZ91镁基复合材料,并对该复合材料进行了热挤压及T6热处理,分析探讨了稀土Pr及T6热处理对该复合材料的微观组织、硬度及耐磨性能的影响。然后,采用粉末冶金、真空热压烧结和热挤压工艺方法,制备了碳纳米管及稀土Pr增强AZ91镁基复合材料。为了改善碳纳米管在AZ91镁基复合材料中的分散均匀性以及增强碳纳米管与镁基体的界面结合强度,对碳纳米管进行了包覆TiO2预处理。对所制备的AZ91-Pr-TiO2@CNTs进行了热模拟压缩实验,构建了该复合材料的本构方程,并探讨了热成形参数对复合材料微观组织的影响。结果如下:1)稀土Pr可以细化AZ91镁合金的晶粒尺寸并产生新的增强相。当Pr含量为1.0 wt.%时,细化效果最佳,其硬度达到峰值76.2 HB。AZ91-1.0%Pr合金经过T6热处理后,β-Mg17Al
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
合金微观组织图（a）AZ91基体（b）AZ91+RE低倍组织图（c）AZ91+RE高倍组织图（d）针状相EDS能谱图[5]
第1章绪论5了固相颗粒扩散，促进了合金组织中球状颗粒的形成。并给出AZ91-Y稀土镁合金半固态成形最佳工艺条件为加热温度565℃，保温时间30min。Zarafi[5]采用液态铸造法，采用混合稀土增强AZ91镁合金，添加稀土后的合金，在温度为25～250℃范围内，合金的抗磨损性能都优于AZ91镁合金基体。其认为，粗大且软的β-Mg17Al12相是导致AZ91镁合金耐磨损性能变差的主要因素。添加稀土后，合金中的粗大β-Mg17Al12相得到细化并减少，从而提升合金室温的耐磨损性能。而在高温条件下，高强度、高热稳定的稀土相对提高合金的耐磨性起到了主要的作用。Boby[30]研究了添加混合Sn和稀土Y对AZ91镁合金的微观组织，力学性能和抗腐蚀性能的影响。其结果表明，添加了Sn和Y后，合金的微观组织得到了细化，生成了新的金属间化合物Al2Y，从而降低了β-Mg17Al12相的数量；由于Sn和Y的添加，合金的室温力学性能也得到了提升，同时合金的抗腐蚀能力也得到了改善。Wang[31]研究了稀土Nd添加对AZ80镁合金显微组织及力学性能的影响，当Nd的添加量为1.0wt.%时，合金的性能达到最佳，合金的屈服强度，拉伸强度和延伸率分别为103.7MPa，224.0MPa和8.4%。当稀土含量继续增加时，合金的晶粒尺寸有所增大，合金晶粒尺寸随着稀土Nd的添加量的变化如图1.2所示。图1.2稀土Nd添加量对合金平均晶粒尺寸的影响[31]Fig.1.2AveragegrainsizeofexperimentalalloyswiththeNdaddition赵亚忠[32]研究发现，钕和铈的添加使铸态镁合金的组织得到细化，合金中出现稀土相。随着钕和铈添加量的增加，含稀土合金相的数量增多，其形态也
第1章绪论7声等技术，可以有利于进一步细化晶粒。该方法属于传统铸造方法，操作简单，通用性强。2）半固态加工半固态成形加工是一种集铸造和热加工于一体的新工艺。它是将镁合金基体原料加热到固液相线之间的半固态温度，然后加入稀土中间合金，并可以采用超声振动加以辅助使所加稀土在半固态浆料中分散均匀，如图1.3所示。然后在一定的压力下将半固态浆料压入型腔中使之成形。黄文先[36]等通过超声振动半固态法制备的AZ91-Y稀土镁合金，合金晶粒组织得到了明显的细化，力学性能也得到了一定的提高。图1.3超声辅助半固态成形示意图[36]Fig.1.3schematicofsemi-solidformingwithultrasonicassisted3）粉末冶金法粉末冶金法是最近几十年来工业常用的一种方法。粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过预成形和热压烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。该方法首先是利用球磨机的转动使金属与稀土粉末的混合物与球磨罐内的球磨钢珠经强烈的互相撞击，使粉末材料发生焊合和断裂。在一系列重复过程中可以把合金粉末粉碎为纳米级别。球磨的主要作用是将多组分的混合粉末成分均匀化，同时一定程度上的细化材料颗粒尺寸。粉末冶金的工艺步骤是：①制备原料粉末；②球磨制备混合粉末；③混合粉末压制预成型；④混合粉末烧结及后处理。通常认为，采用粉末冶金法所制备的复合材料往往塑性较差，不适合后续的塑性加工。然而，Ma[37]等人在研究镁合金高强度和高应变速率超塑性中发现，
【参考文献】：
期刊论文
[1]AZ80镁合金热变形过程中的动态再结晶动力学和运动学模型（英文）[J]. 王忠堂,江吉浩,刘旭南,于晓林. 稀有金属材料与工程. 2019(07)
[2]固溶、变形与时效复合处理对AZ61镁合金组织和硬度的影响[J]. 蔡刚毅,邓鹏辉,王广超. 热加工工艺. 2019(10)
[3]微量Ca、Y元素对AZ91镁合金动态再结晶及力学性能的影响[J]. 尹勇,谭真,肖振宇. 矿冶工程. 2019(01)
[4]β-Mg17Al12析出相对AZ91镁合金搅拌摩擦焊接头动态再结晶行为的影响[J]. 王小明,吴海江. 材料科学与工程学报. 2018(06)
[5]碳纳米管-ZM1镁锌基复合材料的摩擦磨损性能[J]. 陈隆波,曾效舒,郭纪林,刘向明,刘震云. 铸造技术. 2018(11)
[6]基于新加工硬化率方法的AZ80镁合金动态再结晶临界条件[J]. 王忠堂,霍达,于晓林. 中国有色金属学报. 2018(10)
[7]AZ31镁合金热加工工艺参数范围的确定[J]. 成志锋. 热加工工艺. 2018(17)
[8]镁基复合材料高温变形研究进展[J]. 吴萍萍,张静静. 材料导报. 2018(17)
[9]CNTs/AZ91碳纳米管镁基复合材料的制备及性能研究[J]. 杨华,潘强,孙姣,王譞,黄周轩,王卓. 真空与低温. 2018(02)
[10]固溶时效处理对Mg-10Al-1Zn镁合金组织与性能的影响[J]. 韩茜,周震,杨君刚,张蓬,王雨彤,张安娜,赵威. 金属热处理. 2018(04)
博士论文
[1]碳纳米管增强铝基复合材料制备与力学性能研究[D]. 吴庆捷.南昌大学 2019
[2]纳米碳材料增强AZ91镁基复合材料制备与性能研究[D]. 袁秋红.南昌大学 2016
[3]高塑性稀土变形镁合金的研究[D]. 赵亚忠.重庆大学 2010
[4]碳纳米管/AZ31镁基复合材料的制备与等径角挤压研究[D]. 周国华.南昌大学 2010
[5]AZ91D-Y半固态坯不同制备方法及对触变模锻影响研究[D]. 陈强.哈尔滨工业大学 2009
[6]化学气相沉积法原位合成碳纳米管增强铝基复合材料[D]. 何春年.天津大学 2008
硕士论文
[1]预处理CNTs增强AZ91镁基复合材料的组织细化机制[D]. 邱志强.南昌大学 2018
[2]热挤压变形对微纳双尺寸SiCp增强AZ61复合材料显微组织及力学性能的影响[D]. 李刚.太原理工大学 2018
[3]颗粒增强镁基复合材料力学行为的研究[D]. 魏俊磊.太原理工大学 2018
[4]放电等离子烧结结合热挤压制备纳米相增强镁基复合材料[D]. 闫妍.太原理工大学 2017
[5]Ce对铸态AZ80镁合金热变形行为影响的研究[D]. 张龙.中北大学 2016
[6]聚合物/碳纳米材料的导热性能研究[D]. 唐浩.武汉工程大学 2016
[7]Sm及CNTs在铝硅合金中的应用及性能研究[D]. 邱鸿旭.南昌大学 2015
[8]多壁碳纳米管增强镁基复合材料制备及界面研究[D]. 施海龙.哈尔滨工业大学 2015
[9]CNTs/SiCp镁基复合材料的制备及性能研究[D]. 吴俊斌.南昌大学 2015
[10]碳纳米管增强镁基复合材料的组织性能及变形行为研究[D]. 朱小平.湖南大学 2015
本文编号：3389752
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
合金微观组织图（a）AZ91基体（b）AZ91+RE低倍组织图（c）AZ91+RE高倍组织图（d）针状相EDS能谱图[5]
第1章绪论5了固相颗粒扩散，促进了合金组织中球状颗粒的形成。并给出AZ91-Y稀土镁合金半固态成形最佳工艺条件为加热温度565℃，保温时间30min。Zarafi[5]采用液态铸造法，采用混合稀土增强AZ91镁合金，添加稀土后的合金，在温度为25～250℃范围内，合金的抗磨损性能都优于AZ91镁合金基体。其认为，粗大且软的β-Mg17Al12相是导致AZ91镁合金耐磨损性能变差的主要因素。添加稀土后，合金中的粗大β-Mg17Al12相得到细化并减少，从而提升合金室温的耐磨损性能。而在高温条件下，高强度、高热稳定的稀土相对提高合金的耐磨性起到了主要的作用。Boby[30]研究了添加混合Sn和稀土Y对AZ91镁合金的微观组织，力学性能和抗腐蚀性能的影响。其结果表明，添加了Sn和Y后，合金的微观组织得到了细化，生成了新的金属间化合物Al2Y，从而降低了β-Mg17Al12相的数量；由于Sn和Y的添加，合金的室温力学性能也得到了提升，同时合金的抗腐蚀能力也得到了改善。Wang[31]研究了稀土Nd添加对AZ80镁合金显微组织及力学性能的影响，当Nd的添加量为1.0wt.%时，合金的性能达到最佳，合金的屈服强度，拉伸强度和延伸率分别为103.7MPa，224.0MPa和8.4%。当稀土含量继续增加时，合金的晶粒尺寸有所增大，合金晶粒尺寸随着稀土Nd的添加量的变化如图1.2所示。图1.2稀土Nd添加量对合金平均晶粒尺寸的影响[31]Fig.1.2AveragegrainsizeofexperimentalalloyswiththeNdaddition赵亚忠[32]研究发现，钕和铈的添加使铸态镁合金的组织得到细化，合金中出现稀土相。随着钕和铈添加量的增加，含稀土合金相的数量增多，其形态也
第1章绪论7声等技术，可以有利于进一步细化晶粒。该方法属于传统铸造方法，操作简单，通用性强。2）半固态加工半固态成形加工是一种集铸造和热加工于一体的新工艺。它是将镁合金基体原料加热到固液相线之间的半固态温度，然后加入稀土中间合金，并可以采用超声振动加以辅助使所加稀土在半固态浆料中分散均匀，如图1.3所示。然后在一定的压力下将半固态浆料压入型腔中使之成形。黄文先[36]等通过超声振动半固态法制备的AZ91-Y稀土镁合金，合金晶粒组织得到了明显的细化，力学性能也得到了一定的提高。图1.3超声辅助半固态成形示意图[36]Fig.1.3schematicofsemi-solidformingwithultrasonicassisted3）粉末冶金法粉末冶金法是最近几十年来工业常用的一种方法。粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过预成形和热压烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。该方法首先是利用球磨机的转动使金属与稀土粉末的混合物与球磨罐内的球磨钢珠经强烈的互相撞击，使粉末材料发生焊合和断裂。在一系列重复过程中可以把合金粉末粉碎为纳米级别。球磨的主要作用是将多组分的混合粉末成分均匀化，同时一定程度上的细化材料颗粒尺寸。粉末冶金的工艺步骤是：①制备原料粉末；②球磨制备混合粉末；③混合粉末压制预成型；④混合粉末烧结及后处理。通常认为，采用粉末冶金法所制备的复合材料往往塑性较差，不适合后续的塑性加工。然而，Ma[37]等人在研究镁合金高强度和高应变速率超塑性中发现，
【参考文献】：
期刊论文
[1]AZ80镁合金热变形过程中的动态再结晶动力学和运动学模型（英文）[J]. 王忠堂,江吉浩,刘旭南,于晓林. 稀有金属材料与工程. 2019(07)
[2]固溶、变形与时效复合处理对AZ61镁合金组织和硬度的影响[J]. 蔡刚毅,邓鹏辉,王广超. 热加工工艺. 2019(10)
[3]微量Ca、Y元素对AZ91镁合金动态再结晶及力学性能的影响[J]. 尹勇,谭真,肖振宇. 矿冶工程. 2019(01)
[4]β-Mg17Al12析出相对AZ91镁合金搅拌摩擦焊接头动态再结晶行为的影响[J]. 王小明,吴海江. 材料科学与工程学报. 2018(06)
[5]碳纳米管-ZM1镁锌基复合材料的摩擦磨损性能[J]. 陈隆波,曾效舒,郭纪林,刘向明,刘震云. 铸造技术. 2018(11)
[6]基于新加工硬化率方法的AZ80镁合金动态再结晶临界条件[J]. 王忠堂,霍达,于晓林. 中国有色金属学报. 2018(10)
[7]AZ31镁合金热加工工艺参数范围的确定[J]. 成志锋. 热加工工艺. 2018(17)
[8]镁基复合材料高温变形研究进展[J]. 吴萍萍,张静静. 材料导报. 2018(17)
[9]CNTs/AZ91碳纳米管镁基复合材料的制备及性能研究[J]. 杨华,潘强,孙姣,王譞,黄周轩,王卓. 真空与低温. 2018(02)
[10]固溶时效处理对Mg-10Al-1Zn镁合金组织与性能的影响[J]. 韩茜,周震,杨君刚,张蓬,王雨彤,张安娜,赵威. 金属热处理. 2018(04)
博士论文
[1]碳纳米管增强铝基复合材料制备与力学性能研究[D]. 吴庆捷.南昌大学 2019
[2]纳米碳材料增强AZ91镁基复合材料制备与性能研究[D]. 袁秋红.南昌大学 2016
[3]高塑性稀土变形镁合金的研究[D]. 赵亚忠.重庆大学 2010
[4]碳纳米管/AZ31镁基复合材料的制备与等径角挤压研究[D]. 周国华.南昌大学 2010
[5]AZ91D-Y半固态坯不同制备方法及对触变模锻影响研究[D]. 陈强.哈尔滨工业大学 2009
[6]化学气相沉积法原位合成碳纳米管增强铝基复合材料[D]. 何春年.天津大学 2008
硕士论文
[1]预处理CNTs增强AZ91镁基复合材料的组织细化机制[D]. 邱志强.南昌大学 2018
[2]热挤压变形对微纳双尺寸SiCp增强AZ61复合材料显微组织及力学性能的影响[D]. 李刚.太原理工大学 2018
[3]颗粒增强镁基复合材料力学行为的研究[D]. 魏俊磊.太原理工大学 2018
[4]放电等离子烧结结合热挤压制备纳米相增强镁基复合材料[D]. 闫妍.太原理工大学 2017
[5]Ce对铸态AZ80镁合金热变形行为影响的研究[D]. 张龙.中北大学 2016
[6]聚合物/碳纳米材料的导热性能研究[D]. 唐浩.武汉工程大学 2016
[7]Sm及CNTs在铝硅合金中的应用及性能研究[D]. 邱鸿旭.南昌大学 2015
[8]多壁碳纳米管增强镁基复合材料制备及界面研究[D]. 施海龙.哈尔滨工业大学 2015
[9]CNTs/SiCp镁基复合材料的制备及性能研究[D]. 吴俊斌.南昌大学 2015
[10]碳纳米管增强镁基复合材料的组织性能及变形行为研究[D]. 朱小平.湖南大学 2015
本文编号：3389752
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