搅拌摩擦加工制备颗粒增强镁基复合材料.pdf

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第33卷第4期矿冶工程V01．33№42013年O8月MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGAugust2013搅拌摩擦加工制备颗粒增强镁基复合材料①姚立群，张至柔，冯文彬，肖振宇，杨续跃’(1．深圳华加日铝业有限公司，广东深圳518052；2．中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙410083；3．中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室，湖南长沙410083)摘要：利用摩擦搅拌加工技术，对AZ31镁合金进行表面组织细化、表面复合化。通过金相显微镜和扫描电镜观察研究搅拌摩擦加工后的加工显微组织及退火显微组织，并测试加工区的硬度，发现摩擦搅拌区晶粒明显细化，晶粒尺寸可降至几微米，且复合化表面即使高温长时间退火，组织依然稳定；摩擦搅拌加工制备复合材料，分别添加纳米Si，N粒子和SiO粒子复合于AZ31镁合金表面，纳米粒子均匀分布于合金表面，与未添加任何粒子的样品相比，晶粒细化效果明显提高，且由于复合粒子在基体中产生大量新界面，抑制了晶界迁移，使搅拌摩擦加工后的组织具有很高的热稳定性。关键词：摩擦搅拌加工；镁基复合材料；颗粒增强；显微组织；晶粒细化；表面复合化；热稳定性中图分类号：TG146．2文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．0253-6099．2013．04．028文章编号：0253—6099(2013)04—0108一o4FabricationofParticulate-reinforcedMagnesiumMatrixCompositebyFrictionStirProcessingYAOLi．qun，ZHANGZhi．rOll。FENGWen—bin，XIAOZhen．yu，YANGXu．yue’。，(1．NonfemetInternational(China-Canada—Japan)AluminiumCoLtd，Shenzhen518052，Guangdong，China；2．SchoolofMaterialsScienceandEngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410083，Hunan，China；3．KeyLaboratoryofNonferrousMetalMaterialsScienceandEngineering，MinistryofEducation，CentralSouthUniversity，Changsha410083，Hunan，China)Abstract：ThesurfacestructurerefinementandcompoundingofAZ31alloybyfrictionstirprocessing(FSP)werestudied．MetallographicmicroscopeandscanningelectronicmicroscopewereusedtoobservethemicrostructureofFSPedandannealedsamples，andthehardnessofthestirredalgawasmeasured．TheresultsshowthatanobviousrefinementofgrainsizewithintheFSPedregioncanbeobservedwithgrainsizereducedtomicrometers，andthestructureofcompositedsurfaceremainsstableevenafterlong—timeannealingathightemperature．Particulate—reinforcedcompositeswerepreparedbycompoundingnano—scaledparticlessuchasSi3N4andSiO2respectivelyintoAZ31matrixbyFSP．Duetoparticlesdistributedhomogeneouslyatthesurface，grainsizeisfinerthanthatoftheuncompoundedsamples．Furthermore，themigrationofthegrainboundaryisrestrainedbythenewboundariescreatedbythoseparticles，SOtheFSPedstructurepresentsahiglldegreeofthermalstability．Keywords：frictionstirprocessing；magnesiummatrixcomposite；particulatereinforcement；microstructure；grainrefinement；surfacecompounding；thermalstability镁合金在汽车、航空航天、电子、计算机、家电等行重要课题。搅拌摩擦加工(FrictionStirProcessing，业有着广泛的应用前景。但是镁的化学稳定性低，电FSP)是Mishra等人在搅拌摩擦焊接(FrictionStir极电位很负(一2．34V)，耐蚀性差；多数镁合金的密Welding，FSW)基础上演变出的一种固态加工技排六方的晶体结构决定了其较差的塑性成形能力；镁术_5J。从实质上说，搅拌摩擦加工技术与热挤压、等合金的耐磨性、硬度及耐高温性能也较差，这都在某种通道角挤压等材料制备技术一样，也是一种热机械处程度上制约了镁合金材料的广泛应用¨-4J。因此，如理技术，是通过搅拌摩擦产生的热和塑性变形来细化何提高镁合金的强度、硬度、耐磨、耐热及耐腐蚀等综晶粒、改善织构，从而大幅提高镁合金机械性能和延展合性能，进行适当的表面强化，已成为当今材料发展的性，甚至于获得超塑性的加工技术。与其它固态加工①收稿日期：2013-03-ll基金项目：国家自然科学基金项目(51071182)作者简介：姚立群(1960一)，女，湖南邵阳人，高级工程师，主要从事有色金属加工研究和管理。 第4期雷芸等：酸化辅助Hummers法制备高性能石墨烯115(上接第1l1页)MaterialSciencesandEngineering，2005，50：1—78．成块状分布于AZ31镁合金基体中，而使得搅拌不够[7]黄春平，柯黎明，邢丽，等．搅拌摩擦加工研究进展及前景展望均匀。[J]．稀有金属材料与工程，2011，40(1)：183—188．4)添加SiO粒子的搅拌摩擦加工样品中，复合[8]NakataK．WeldabilityofMagnesiumAlloys[J]．轻金属熔接，层均匀度较添加si，N粒子的复合层更加均匀。并且2001，39(12)：26—35．由于第二相强化与细晶强化，含有SiO：粒子的搅拌区[9]JiangYupei，YangXuyue，HiromiMiura，eta1．Nano·SiO2ParticlesReinforcedMagnesiumAlloyProducedByFrictionStirProcessing域显微硬度高达89Hv，即使在300℃经过3Oks退火处理后，硬度仅下降10．9％，热稳定性与未添加SiO[J_．ReviewsonAdvancedMaterialsScience，2013，33：29—32．[1O]张华，林三宝，吴林，等．AZ31镁合金搅拌摩擦焊接显微组的搅拌摩擦加工样品相比有显著提高。织形成机制[J]．稀有金属材料与工程，2005，34(7)：1021一参考文献：l024．[1]付珍．轻型金属镁的发展及应用[J]．山西机械，2003(3)：8—10．[11]朱战民，陈体军．触变成形AZ91D镁合金的搅拌摩擦加工及表[2]曾荣昌，柯伟，徐永波．Mg合金的最新发展及应用前景[J]．金面复合化[D]．兰州：兰州理工大学材料科学与工程学院，2007．属学报，2001，37(7)：673—685．[12]于敬宇，李玉龙，周宏霞，等．颗粒尺寸对颗粒增强型金属基复合[3]李忠盛，潘复生，张静．AZ31镁合金的研究现状和发展前景材料动态特性的影响[J]．复合材料学报，2005，10(22)：31—36．[J]．金属成形工艺，2004，22(1)：54—57．[13]袁允社，李国禄，刘金海，等．镁合金复合材料研究进展[J]．热[4]刘正，王越，王中光，等．镁基轻质材料的研究与应用J]．加工工艺(热处理版)，2006(8)：67—70．材料研究学报，2000，14(6)：449—456．[14]MorisadaY，FujiiH，NagaokaT，eta1．Efectoffrictionstir[5]吴炳尧．镁合金压铸技术分析[J]．铸造，2000(8)：43—449．processingwithSiCparticlesonmierostruetureandhardnessofAZ31『6]MishraRS，MaZY．FrictionstirweldingandProcessing[J]．[J]．MaterialSciencesandEngineering，2006，433：50—54．