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原位自生MgO/Mg复合材料的制备与性能研究
作 者: 温宁兵
导 师: 张芳
学 校: 东北大学
专 业: 材料学
关键词: 原位反应 镁基复合材料 粉末冶金 动态热压 增强体生长模型
分类号: TB331
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
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内容摘要
本文采用原位自生还原法制备了MgO/Mg复合材料,克服了外加颗粒增强镁基复合材料的界面结合与污染问题。原位生成的MgO增强颗粒和合金元素有效的改善材料的性能,同时普通烧结和动态电流直加热二次热压工艺的结合采用,进一步提高了材料的性能。对所制备材料的密度、维氏硬度和冲击韧性进行测试,采用SEM、EDS和XRD等分析检测技术对材料的微观组织和断口进行了分析,并通过XRD衍射分析确定材料的物相组成,初步建立了原位自生增强相MgO与MgxM(Al、Cu)y的生长模型。本实验对Mg-Al2O3、Mg-CuO和Mg-MnO2原位反应的吉布斯自由能变进行计算,对球磨混合的Mg粉+Al2O3粉、Mg粉+CuO粉和Mg粉+MnO2粉分别做了DSC分析,确定了反应能够进行的温度:Mg-Al2O3在325℃左右发生还原反应、Mg-CuO在310℃左右、Mg-MnO2在320℃左右。球磨混合的配料在300MPa压力下冷压成型,在具有自制高纯Ar气氛保护装置的管式电阻炉中烧结。研究了烧结时间和烧结温度对材料烧结性能的影响。并对上述烧结完成的试样进行动态电流直加热二次热压。试验结果表明烧结温度和烧结时间对材料的烧结有一定的影响,通过不同烧结温度对材料性能影响的研究,确定550℃为配料1的最佳烧结温度,580℃为配料2的最佳烧结温度。材料的性能随着烧结时间的延长得到改善,但是不是十分的明显。通过对压坯进行普通烧结,改善了其导电性,为动态电流直加热二次热压烧结工艺能够顺利进行创造了条件。动态电流直加热二次热压烧结后,材料的性能得到提高,材料的硬度有40%左右的提高。材料经过动态二次热压改善了第二相呈连续网格分布在Mg基体晶界的状况,有效的改善了材料的性能。加入的MnO2与镁基体反应原位生成Mn和MgO,Mn能够改善材料的韧性。加入Al2O3和CuO原位生的Al、Cu与镁基体形成共晶体,以及原位生成MgO增强相的提高了材料的硬度,但是对材料的韧性提高作用不大。通过对材料的微观组织分析、EDS分析和XRD衍射分析,初步建立了原位自生增强相MgO与MgxM(Al、Cu)y的、生长模型,讨论了原位自生MgO/Mg复合材料的强化机理。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-10 第一章 绪论 10-28 1.1 引言 10-11 1.2 金属基复合材料的发展概况 11-13 1.2.1 MMC的分类 12-13 1.2.2 MMC的制备工艺 13 1.3 金属基原位复合材料的研究现状 13-20 1.3.1 金属基原位复合材料的制备工艺 14-20 1.3.2 金属基原位复合材料的应用 20 1.3.3 原位复合材料的研究方法 20 1.4 原位自生颗粒增强金属基复合材料的增强机理 20-22 1.5 电流直加热概述 22-25 1.5.1 电流对金属材料的影响 22-23 1.5.2 脉冲电流烧结机理的研究进展 23-25 1.6 镁合金的合金化元素及其作用 25-27 1.7 本研究的目的及意义 27-28 第二章 实验方法 28-34 2.1 实验材料 28 2.2 实验方法与工艺 28-32 2.2.1 实验方法 28-29 2.2.2 实验工艺 29-32 2.3 差热分析实验 32 2.4 样品表征 32 2.4.1 X射线衍射分析(XRD) 32 2.4.2 扫描电镜和能谱分析 32 2.5 性能测试 32-34 2.5.1 致密度测试 32 2.5.2 硬度测试 32-33 2.5.3 冲击韧性测试 33-34 第三章 原位自生MgO/Mg复合材料的制备与性能测试 34-45 3.1 引言 34 3.2 原位自生MgO/Mg增强相的形成热力学 34-38 3.2.1 吉布斯函数判据 34-35 3.2.2 自生MgO增强相的形成热力学计算 35-38 3.3 原位自生MgO/Mg复合材料的制备 38-43 3.3.1 原位自生MgO/Mg复合材料的普通烧结 38-40 3.3.2 原位自生MgO/Mg的动态电流直加热二次热压烧结工艺 40-43 3.4 合金元素对原位自生MgO/Mg复合材料性能影响 43-44 3.5 本章小结 44-45 第四章 原位自生MgO/Mg的组织分析 45-56 4.1 原位自生MgO/Mg增强相的组织分析 45-51 4.1.1 普通烧结的原位自生MgO/Mg显微组织 45-47 4.1.2 动态二次热压后材料的组织分析 47-51 4.2 原位自生MgO/Mg增强体的生长模型 51-54 4.3 原位自生MgO/Mg复合材料的强化机理 54-55 4.4 本章小结 55-56 第五章 结论 56-57 参考文献 57-62 致谢 62
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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 金属复合材料
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