论文部分内容阅读
目前金属基复合材料(MMC)在汽车工业已经引起广泛的关注，目的是为了减轻汽车重量和节约能耗。与外加增强体制备复合材料相比，原位合成复合材料的增强相在基体内反应生成，具有尺寸小、界面洁净无污染、热稳定性好、与基体相容性好、制备成本低等优点，已成为金属基复合材料中的一个重要发展方向。Mg2Si具有低密度(1.99×103Kg/m3),高弹性模量(120GPa)，高熔点(1085℃)，高硬度(4500 MN/m2)，和低热膨胀系数(7.5×10-6K-1)等优点，是颗粒增强金属基复合材料(PMMCs)的一个理想增强相。然而，在普通重力铸造条件下，Mg2Si/(Mg/Al)颗粒增强金属基复合材料中的过共晶Mg2Si增强相通常表现出粗大的树枝状或多边形状，共晶Mg2Si则呈现出汉字状。并且它们的形貌、尺寸和分布对试验合金的性能影响非常很大。粗大的Mg2Si相则会使合金的力学性能恶化，细小、弥散分布的Mg2Si相将显著提高合金的综合力学性能。为改善Mg2Si相的形貌，国内外的研究者对Mg2Si相的细化进行了大量研究。其中变质处理是一种工艺简便、经济的方法，有不少研究已经取得了良好的效果。已有的研究表明，添加少量合金元素 Sb、Ca、KBF4、Y、P和RE等可细化合金组织中的粗大Mg2Si相，从而使合金性能得到改善提高。 本研究主要内容包括：⑴添加3.0wt.%~6.0wt.%的钙镁磷肥变质剂到 Mg2Si/Mg-4Si复合材料中，可以有效的变质细化复合材料组织中的初生Mg2Si颗粒。当添加4.0wt.%的钙镁磷肥变质剂到Mg2Si/Mg-4Si复合材料中时，其组织中初生Mg2Si颗粒的形貌由未变质的粗大树枝状变为细小的多边形状，并且其尺寸由277μm减小到17μm。⑵钙镁磷肥变质剂的变质机理可能为，凝固时熔体中反应生成的含 P与含Ca化合物作为初生Mg2Si颗粒的异质核心，进而提高了初生Mg2Si的形核率，从而改变了初生 Mg2Si颗粒的形貌和大小。当添加4.0wt.%的钙镁磷肥变质剂到Mg2Si/Mg-4Si复合材料中时，其极限抗拉强度与延伸率由未变质时的78.7MPa与2.1%分别提高到105.2MPa与2.6%,分别提高了33.67%与23.80%。⑶Mg2Si/Mg-2Si复合材料中初生Mg2Si相经不同含量Yb或Na3PO4单独变质后，复合材料中多边形块状的初生 Mg2Si相改变为粗大的树枝状，并且尺寸也随之增大。这可能是由于Yb或Na3PO4单独的加入，扩大了初生Mg2Si的凝固区间，从而使初生Mg2Si相有足够的时间长大。⑷Yb和Na3PO4复合变质处理可以有效的细化Mg2Si/Mg-2Si复合材料组织中的初生Mg2Si相。当Na3PO4的含量固定为2.64wt.%时，随着Yb含量的增加，初生Mg2Si颗粒与α-Mg相的尺寸先减小然后又逐渐增大。当Yb和Na3PO4的含量分别为0.8wt.%和2.64wt.%时，Mg2Si/Mg-2Si复合材料中初生Mg2Si的尺寸最小约为9.40μm。熔液中反应生成的YbP颗粒作为Mg2Si相形核基底，大大增加了初生Mg2Si相的形核率，从而使Mg2Si相得到细化。⑸添加2.64wt.%Na3PO4到Mg2Si/Al-20Mg2Si-3Si复合材料中，对粗大树枝状的初生 Mg2Si相有良好的变质效果，使其由原来的粗大树枝状变为细小弥散的六面体颗粒。其变质机理可能是熔体中反应生成的AlP颗粒作为初生Mg2Si颗粒的异质核心。⑹经过2.64wt.%Na3PO4和0.8wt%Yb复合变质后的 Mg2Si/Al-20Mg2Si-3Si复合材料，其基体中粗大树枝状的初生 Mg2Si相由原来的粗大树枝状变为细小弥散的六面体颗粒。一方面可能是熔体中反应生成的AlP颗粒作为初生Mg2Si颗粒的异质核心，另一方面可能是Yb的吸附毒化作用协同AlP颗粒的异质形核。⑺520℃固溶处理可以细化 Mg2Si/Al-20Mg2Si-3Si复合材料中的汉字状共晶Mg2Si相，并使Mg2Si相从汉字状变为短杆状或颗粒状，其熔断机理是因为曲率半径不同的地方Si、Mg原子的浓度不同造成的。