Mg-Al-,2-O-,3-復(fù)合材料制備及其性能研究.pdf

1、Mg具有比重輕、比強(qiáng)高、易切削加工、回收等優(yōu)點(diǎn)，但其塑性變形能力差、耐磨性差；Al2O3具有重量輕、耐高溫、耐磨損、高溫抗氧化等優(yōu)點(diǎn)。因此，研究和開發(fā)集金屬和陶瓷優(yōu)點(diǎn)于一體的Mg/Al2O3復(fù)合材料，對(duì)改善Mg的塑性、耐磨性，提高Al2O3韌性具有重要的意義。 Mg與Al2O3具有良好的化學(xué)相容性，但燒結(jié)溫度和熱膨脹系數(shù)相差較大，本論文研究利用負(fù)壓浸滲法制備Mg/Al2O3復(fù)合材料，即將金屬M(fèi)g高溫熔融滲透到多孔Al2O3陶瓷預(yù)

2、制件中，制備出具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的雙連續(xù)相復(fù)合材料。研究主要分為兩部分，一是Al2O3空心多孔陶瓷的制備與性能表征，二是復(fù)式雙連續(xù)相Mg/Al2O3復(fù)合材料的制備及性能表征。 利用有機(jī)泡沫浸漬工藝制備多孔陶瓷，使用設(shè)備少，制備成本低，工藝過(guò)程易控制。制備的多孔陶瓷具有連續(xù)開孔三維網(wǎng)狀空心骨架結(jié)構(gòu)，其開孔氣孔率高。通過(guò)涂覆處理，使多孔陶瓷整個(gè)結(jié)構(gòu)與孔筋厚度非常均勻。隨著涂覆次數(shù)的增加，孔筋厚度明顯增加，孔徑也相應(yīng)的減小，孔隙率減小。多孔

3、陶瓷的彎曲強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度隨孔隙率的減少而增大。實(shí)驗(yàn)選用最佳燒結(jié)工藝為燒結(jié)溫度1650℃，保溫1h，可獲得抗壓強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度較高且保持了較好的骨架形貌的多孔陶瓷。 利用負(fù)壓浸滲法制備復(fù)式連通雙連續(xù)相Mg/Al2O3復(fù)合材料，負(fù)壓牽引促進(jìn)了金屬液與多孔陶瓷的浸滲，提高溫度破壞金屬液表面的氧化膜，促進(jìn)了金屬液的充分浸滲，獲得較好的物理結(jié)合和化學(xué)結(jié)合。當(dāng)金屬熔煉溫度800℃，陶瓷骨架預(yù)熱溫度700℃，保溫5min，制備出的復(fù)合材料，金屬

4、填滿了骨架的微觀孔洞，使得復(fù)合材料的宏觀界面變成了微孔洞之間的微觀界面，形成了獨(dú)特的互穿式界面，從而使得機(jī)械結(jié)合的界面更加牢固，其相對(duì)密度達(dá)到95.6％。 對(duì)復(fù)式連通雙連續(xù)相Mg/Al2O3復(fù)合材料試樣做線掃描分布，在界面處明顯存在擴(kuò)散層，生成少量的MgAl2O4和Al3Mg2產(chǎn)物。因此，Mg/Al2O3復(fù)合材料中陶瓷和金屬的結(jié)合包括機(jī)械結(jié)合、擴(kuò)散結(jié)合和化學(xué)結(jié)合，多種結(jié)合形式的同時(shí)作用，使復(fù)式連通Mg/Al2O3復(fù)合材料具有優(yōu)良

5、的性能。 隨著Al2O3陶瓷體積分?jǐn)?shù)的增大，多孔陶瓷孔筋厚度逐漸增大，復(fù)合材料中陶瓷相增多，金屬相減少，孔筋由金屬陶瓷復(fù)合筋逐漸變?yōu)椤皧A層式”孔筋，復(fù)合材料承受拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的能力逐漸減弱，韌性逐漸降低，因此，試樣的彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性值不斷減小。 復(fù)式連通雙連續(xù)相Mg/Al2O3復(fù)合材料的干摩擦磨損性能明顯優(yōu)于基體金屬，隨著Al2O3體積分?jǐn)?shù)的增加，其磨損率降低。多孔陶瓷在磨損表面形成硬的微凸體起承載作用，抑制基體合金的