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镁合金的机械性能不佳,耐蚀性差,高温蠕变性能差,使其应用受到限制。与镁合金相比,镁基复合材料的比强度和比模量等机械性能显著提高,高温蠕变性能也有提高,而且保持了镁的尺寸稳定性好、高阻尼等优点,得到越来越广泛的重视和研究。粉末冶金法(PM)是将不同组元粉末均匀混合、压制成型,然后高温烧结制备复合材料的一种方法。
本文采用ZK60合金为基体合金,以硼酸镁晶须(硼酸镁晶须(Mg2B2O5w)是一种新型材料,具有与碳纤维相近的力学性能,而其价格仅为碳化硅晶须的1/20~1/30,因其高性价比在民用材料的巨大应用前景,而成为材料领域的研究焦点)为增强体,采用粉末冶金法制备了15%(vol)Mg2B2O5w/ZK60镁基复合材料。利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了Mg2B2O5w/ZK60镁基复合材料的显微组织及界面;利用X-射线衍射(XRD)和能谱分析(EDS)研究了Mg2B2O5w/ZK60镁基复合材料的物相及组成;通过硬度测试研究了Mg2B2O5w/ZK60镁基复合材料及其基体合金的时效硬化行为。
结果表明,粉末冶金法制备的Mg2B2O5w/ZK60镁基复合材料比ZK60合金的显微硬度提高了30%,Mg2B2O5w/ZK60镁基复合材料中,晶须分布均匀,无明显缺陷,组织致密;应用TEM对固溶处理+时效处理的Mg2B2O5w/ZK60镁基复合材料界面进行了观察,没有发现有界面反应物的存在。固溶处理(400℃,8h)使Mg2B2O5w/ZK60镁基复合材料的显微硬度下降了24%,当固溶时间超过8h后硬度又有所上升;固溶处理(400℃,8h)+时效处理(170℃,20h)ZK60合金显微硬度提高了19%,固溶处理(400℃,8h)+时效处理(170℃,14h)Mg2B2O5w/ZK60镁基复合材料的显微硬度则提高了16%;得出Mg2B2O5w/ZK60镁基复合材料在400℃下固溶的最佳时间是8h,在170℃下时效最佳时间是14h。
Mg2B2O5w/ZK60镁基复合材料的时效硬度始终高于相应的基体合金的时效硬度,表明晶须对ZK60合金具有明显的增强作用。ZK60合金和Mg2B2O5w/ZK60镁基复合材料的时效硬化曲线都有两个峰值,时效过程基本一致。Mg2B2O5w的引入,没有改变.ZK60合金时效强化的一般规律,但是提高了时效硬化的速度,表现在时效硬化曲线上,Mg2B2O5w/ZK60复合材料的硬度峰值对应时间较基体合金明显提前。