双尺寸颗粒sicmg复合材料真空压力浸渗工艺及性能研究

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1、摘要SiCp/Mg复合材料以低密度，良好的热膨胀性和耐磨性等优异的性能，备受研究者关注，特别是高体分SiCp/Mg复合材料，是近期研究热点。本文以AZ91D为基体，以SiC颗粒为增强相，采用真空压力浸渗法制备双尺寸颗粒SiC/Mg复合材料。通过OM、SEM和XRD对复合材料微观组织进行了分析；并对复合材料热膨胀性能和耐磨性能进行了研究，揭示了热膨胀性能和耐磨性能的影响因素及其规律；同时，对复合材料拉伸性能进行了研究。主要研究结果如下：SiC颗粒覆盖保护镁合金熔体是真空压力浸渗法制备双尺寸颗粒SiC/Mg复合材料的一种简单、有效的

2、方法。采用该方法制备的复合材料，在粗细颗粒粒径为100/11µm、质量比为3:1配比的条件下，体积分数高达71%，致密度高达99.1%。微观组织研究结果发现：粗细颗粒搭配均匀，但在颗粒接触面附近的顶角或细窄通道处存在少量的微孔。同时，其XRD分析表明，浸渗中存在少量的Mg2Si新相，并且随浸渗温度升高和凝固时间增长，Mg2Si新相含量增加。热膨胀性能测试结果表明：SiC颗粒加入显著降低基体合金热膨胀系数。其中，粗细颗粒粒径为47/5µm、质量比为3:1、增强相体积分数为56.2%的复合材料，其-6在30-100℃区间的热膨胀系数

3、为7.716×10/K。在增强相粒径一定时，随SiC颗粒体积分数增加，复合材料热膨胀系数逐步降低；而在增强相体积分数相近时，随SiC颗粒粒径减小，复合材料热膨胀系数逐渐降低，且增强相粒径对热膨胀系数影响较体积分数影响更为明显。另外，随致密度降低、Mg2Si相含量升高、基体晶粒尺寸增大，复合材料热膨胀系数也降低。耐磨性能测试发现：SiC颗粒加入明显改善基体合金耐磨性，同时也改善磨损表面氧化和粘着现象，使复合材料磨损表面的磨损程度减轻。其中，粗细颗粒粒径为245/21µm、质量比为3:1、增强相体积分数为62.7%的复合材料，其磨损

4、量仅为基体合金的1/50。在增强相粒径一定时，随SiC颗粒体积分数增加，复合材料耐磨性能提高；在增强相体积分数相近时，随SiC颗粒粒径减小，复合材料耐磨性能降低，且磨损表面犁沟、粘着现象加剧；增强相粒径对耐磨性能影响较体积分数影响更为明显，但增强相粒径较大，易引起基体微裂纹。此外，对拉伸性能初步研究发现，SiC颗粒加入明显提高基体合金弹性模量，降低基体合金泊松比。关键词SiCp/Mg复合材料，真空压力浸渗，微观组织，热膨胀性能，耐磨性能IAbstractSiCp/Mgcompositesarereceivedwidespread

5、lyattention,owingtoitslowdensity,highthermalexpansionbehaviourandwearresistant.Particular,magnesiummatrixcompositesofhavinghighvolumfractionsofSiCparticlesareinvestigatedinrecentyears.ThematrixusedinAZ91Dmagnesiumalloy,andsiliconcarbideparticleswereusedasthereinforce

6、mentphase,SiC/Mgcompositeswithbimodalparticleswereinfiltratedbyvacuumpressureinthepaper.Themicostructuralexaminationsofcompositeswereanalyzedbymeansofopticalmicroscope(OM)andscanningelectronmicroscopic(SEM)andX-raydiffraction(XRD).Testsofthermalexpansionbehaviourandw

7、earresistantwerecarriedout,andthelawandthefactorsinfluencedonthermalexpansionbehaviourandwearresistantwerediscussed.Inaddition,tensilepropertyofcompositeswasanalyzed.Themainresultsareasfollows:SiCparticlesmaketocovermagnesiumalloymeltprotection,whichissimpleandeffect

8、ivemethodthatSiC/Mgcompositeswithbimodalparticlesareinfiltratedbyvacuumpressure.Inthisway,thelargestvolumefractionofcompositesis71%