SCw%2fAZ91镁基复合材料的界面反应及对复合材料性能的影响.pdfVIP

SiC眦91镁基复合材料的 界面反应及其对复合材料性能的影响 昊昆，郑明被，姚忠凯 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨150001 摘要 本文对舍酸性磷酸铝粘结荆及不合粘结剂的SiCw／AZ91镁基复合材料的界面结构、 拉伸性能及断裂行为进行了研究。HREM研究表明，舍酸性磷酸铝粘结剂的复合材料界面处 存在细小弥散的界面相M90，它来自于粘结荆与熔融镁合金之间的界面反应．M90与碳化硅 晶须之间存在确定的晶体学位向关系。界面反应物M90有利于复合材料的界面结合，提高 复合材料的拉伸性能． 关键词 镁合奎碳化硅晶须粘结剂复合材料界面反应性能 1、前言 不连续增强镁基复合材料具有低密度、高比强度和比刚度、优良的抗震、抗冲击性能， 近年来成为继铝基复合材料之后的又一具有竞争力的轻金属基复合材料[1。]．在某些方面， 其性能甚至超过了铝基复合材料，是当今高技术领域中最有希望采用的金属基复合材料之 一。目前，非连续增强铝基复合材料的基础研究日益减少，与之相反，非连续增强镁基复 合材料的基础研究正呈现方兴未艾的态势[4-“。 金属基复合材料中增强体与基体台金的界面对复合材料的性能起着非常重要的作用， 对于镁基复合材料来说，其界面尤为重要，由于镁的活性较大，其界面结构与铝基复合材 料有很大不同。研究镁基复合材料的界面结构及其对复合材料性能的影响，对该种复合材 料的界面设计具有重要意义。 复合材料的界面结构与复合材料的具体制备工艺有关[6]。挤压铸造法是制备不连续增 强镁基复合材料的最成功的方法之--(…，分预制块的制各与镁合金的浸渗阿个阶段。为制 备近净成形复合材料，预制块必须具有足够的强度来抵抗高压漫渗下的变形开裂，因此， 一般必须采用粘结剂提高预制块的强度。但是，粘结荆可能导致复台材料的界面结构发生 变化，影响复合材料的性能。近年的研究表明采用酸性酸性磷酸铝作为粘结剂，可制备性 8l。 能优良的碳化硅晶须预制块，而且所制备的铝基复合材料具有优良的性能f7 本文通过采用含酸性磷酸铝粘结剂的预制块和不含粘结剂的预制块制各SiCw／AZ91镁 基复合材料，获得了不同的界面状态。对复合材料的界面反应、形成机制及其对复合材料 性能的影响进行了研究。 2、试验材料及试验方法 采用挤压铸造法制备SiCw／AZ9|镁基复合材料，增强体为日本东海碳素公司生产的B． O01％Ni，其余Mg)。碳化硅晶须在10％HF酸溶液中酸洗24小时。采用含酸性磷酸铝 (P／AI=23)粘结剂和不含粘结剂的碳化娃晶须预制块制各复合材料，挤压铸造时，模具和 预制块的预热温度为500。C，镁合金的熔化浇铸温度为800。C。为防止镁合金的烧损和燃烧， 在熔化和浇铸过程中采用cojsF。保护气氛。 采用JEOL200EX-II型高分辨电镜和装备有超薄窗口EDX的JEOL3010 TEM观察分 析含不同粘结剂的复合材料的界面反应。采用Lqslron 1186万能材料试验机测试复合材料的 拉伸性能。并采H800透射电镜研究了复合材料的原位断裂行为。 7 3试验结果及分析 3．1 SiCw／AZ91镁基复合材料的界面反应 图I为不采用任何粘结剂的压铸SiCw／AZ9I复合材料界面的典型TEM形貌．碳化硅 晶须和镁台金直接结合．界面很光滑，不存在任何细小的界面相。但是在挤压铸造复合 材料的界面处偶尔可以发现较大的胞状共晶析出相Mg。7Al，：存在．R寸约为200rim。 复合材料的界面处没有观察到由于碳化硅晶须和镁合金基体发生化学反应而形成的 MgzSi以及碳化硅与铝反应而形成的AI。C，。这与反应所引起的自由能下降很小(6|、压铸过 程中碳化硅晶须与熔融镁合金的接触时间很短有关。 图1 不采用任何粘结剂的SiCw／AZ9I复台材料的界面TEM形貌 ofSiCw-AZ9IinterfaceinSiCw／AZ91 Fig．1TEMmicrograph