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本文以镁合金AZ91D为基体,并以不同颗粒尺寸的SiC颗粒为增强相,采用真空压力浸渗法制备了SiCp/Mg复合材料。采用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对SiCp/Mg复合材料的显微组织进行了观察,利用激光云纹干涉法测试了SiCp/Mg复合材料的热膨胀系数,并对其热膨胀行为进行了分析。
在SiCp/Mg复合材料的制备方法中,真空压力浸渗法是在真空、压力条件下浸渗,可以改善金属与增强相的界面结合情况,内部组织也较密实。而且通过控制熔化过程更能避免气体和夹杂物的裹入问题。是较好的制备SiC颗粒的SiCp/Mg复合材料的方法。本文针对真空压力浸渗法以压缩空气作为压力源镁熔体易燃烧的缺点,提出以SiC颗粒覆盖镁熔体的保护方法,实验表明,该方法简单有效。讨论了在真空压力浸渗法制备SiCp/Mg复合材料中浸渗压力、浸渗温度对浸渗过程的影响,并提出了改善浸渗效果的方法。
对SiCp/Mg复合材料的微观组织观察发现:SiCp/Mg复合材料中,SiC颗粒分布均匀;但在高倍扫描电镜下发现7μmSiCp/Mg复合材料中有细微的孔洞,存在没有浸渗到的区域,这些区域通常是在颗粒接触面附近。不同冷却凝固条件下SiCp/Mg复合材料XRD分析表明:空冷保压时间较短,AZ91D基体与增强相之间没有发生界面反应。炉冷保压时间长,碳化硅颗粒表面在烘干过程中形成的氧化物SiO2与熔融的镁合金反应生成Si进而与Mg反应生成Mg2Si。
热膨胀性能测试结果表明:SiC颗粒的加入显著得降低了AZ91D合金的热膨胀系数,通过云纹干涉法测得颗粒粒径为33μm、体积分数为56.4%的SiCp/Mg复合材料在25-200℃区间内的热膨胀系数为10.12×10-6/K,200-350℃区间的热膨胀系数为12.36×10-6/K。在30-200℃加热区时,应力因素对热膨胀系数变化的贡献不明显,在200-350℃加热区时,应力的改变能引起热膨胀系数较明显的改变。随着SiC颗粒体积百分比的增加,SiCp/Mg复合材料的热膨胀系数逐步降低;SiC颗粒粒径越小,SiCp/Mg复合材料的热膨胀系数越低。相对于空冷,炉冷工艺下制备的SiCp/Mg复合材料具有更低的热膨胀系数。