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关于新型镁碳多层材料的研究 　　镁合金具有密度低、切削加工性能优良、电磁屏蔽性能好等优点，是实际应用中最轻的金属结构材料。由于金属多层复合材料具有良好的机械、电、磁等性能，制备具有不同组元和界面结构的高性能金属多层复合材料是当前新材料研究的热点之一。这些多层材料一般以多层的形式通过磁控溅射、喷射沉积、电镀等结晶成长技术制备。但是，结晶成长技术很难制取大量的多层材料，材料的机械性能测定也很困难。近年来，累积叠轧(ARB)已被用于制备各种类型的金属基复合材料，该工艺被认为是大塑性变形技术中唯一有希望工业化生产大块金属多层复合板材的方法。ARB有助于增强剂的分散和塑性流动，从而形成颗粒增强复合材料，也可用于使不同材料之间互相扩散接合，从而形成金属多层复合材料。目前，累积叠轧技术已成功用于制备Ti-Al、Ti-Al-Nb、Al-Cu等多层材料，但是关于镁合金多层材料的研究还比较少，而且采用传统的方法制备镁合金多层材料难度较大，这是由于镁合金之间复合后难以形成明显界面，镁合金与其他材料之间又易形成脆性界面，要克服不同组元之间脆性界面的形成以及相同组元之间界面消失的难题，需探索新的工艺方法制备镁合金多层材料。 　　碳纳米管(CNTS)比一般的增强材料拥有更小的密度、更大的长径比、更高的强度、韧度和弹性模量，而且其高温稳定性好，不易与金属基体反应形成脆性界面，因此理论上碳纳米管是改善材料力学性能最理想的增强材料。笔者将碳纳米管和镁粉混合，并将粉体插嵌在两块镁板之间的，然后通过累积叠轧的方法进行加工变形，目的是使相邻的镁合金层之间形成镁碳复合层，从而制备出分层明显的镁碳多层复合材料。 　　1　实验材料与方法 　　实验选用AZ31变形镁合金板材作为原始轧制材料，其化学成分如表1所示。轧制试件的包覆材料选用厚度为0.5mm的商业纯铝薄片;选用的碳表1　AZ31变形镁合金轧制板材的化学成分(质量分数，%)纳米管为多壁碳纳米管(MWCNTS)，外径为20～30nm，长度为10～20mu;m，纯度98%(质量分数)，比表面积gt;110m2，其形貌如图1所示。 　　所用Mg粉为平均粒径为75mu;m，纯度大于99%(质量分数)的商业镁粉。为使CNTS和Mg粉混合均匀，将10%(质量分数)的CNTS与Mg粉混合，在氩气保护下置于行星式球磨机中进行高能球磨，时间为2h，球料质量比为25∶1，转速300r/min。 　　试验用的AZ31板规格为65mmtimes;65mmtimes;1.5mm。将两块AZ31板进行打磨及除油脂等表面处理之后，在其中一块板上平铺一层Mg/CNTS球磨复合粉体，然后用另一块AZ　3　1板叠起来。为使板材、包覆铝片、粉层之间结合得更好，防止轧制过程中板材之间出现错动，采用质量分数为5%的NaOH溶液清洗过的商业纯铝薄片将其包裹，然后将试样在100t液压机上进行2h的室温预压制，加压质量为50t。 　　将预制好的试样放入箱式热处理炉中，加热至400℃并保温15min后进行轧制，轧辊转速为10r/min，每周期的轧制道次压下量为10%，总变形量为67%。每道次轧制之后，将试样重新放入箱式热处理炉保温10min后再进行下一道次的轧制。将轧制完试样的包覆材料从基体材料上剥离下来，剪去边裂严重的部分，然后将试样均匀3等分，再次将3块板叠在一起，同样用商业纯铝片将其包裹，然后按照之前的制样方法制样，轧制，重复7个周期。采用JSM-6700F型场发射扫描电镜和日本基恩士公司设计的VHX-1000超景深光学显微镜观察各周期轧制板材的微观组织形貌。 　　2　结果与分析 　　2.1　材料的微观组织 　　400℃下累积叠轧6个周期过程中AZ31变形镁合金板的横断面微观组织形貌。 　　2.1.1　晶粒变化 　　经过第1周期的轧制，可以看到镁合金基体晶粒尺寸在10mu;m 左右，而且在大晶粒的周围有小晶粒析出，镁合金基体明显发生了动态再结晶。经过第2周期轧制后，如图2-b所示，原始的大晶粒基本消失，小晶粒明显增多，组织进一步均匀化，并且出现一些长条状的晶粒。经过第3至第4周期轧制后，如图2-d所示，镁合金基体中晶粒大小趋于均匀，再结晶晶粒长大明显，在一些大晶粒的周围，仍然有一些小晶粒分布，可见动态再结晶伴随着累积叠轧不断进行，也就是镁合金基体依赖于累积叠轧的大塑性变形进行着反复的动态再结晶。第5周期、第6周期，可以明显地看到局部较薄的镁层中的单个晶粒贯穿整个镁层与两边的界面相连，晶粒更均匀且细小;并且可以看到在较厚层镁合金基体中有粗大的晶粒，在较薄的镁合金层的晶粒较细小。这是因为在较薄的层中晶粒长大受到层界面的限制，而随着反复动态再结晶的进行，小晶粒又不断的涌现