镁基复合材料
镁基复合材料
展望
镁基复合材料拥有优异的力学性能和物理性能，已 经显示出广阔的应用前景。 制备工艺、回收技术以及材料内部结构性能的各个 领域进行更多的原理研究及应用探索。 空间应用及交通领域 人类社会的老龄化问题日益突出，发展各种超轻结 构材料对于老年人独立工作及日常生活十分必要。
参考文献
[1] 杜文博，严振杰，吴玉锋等. 镁基复合材料的制备方法与新工艺.稀有 金属材料与工程. 2009, 38(3) [2] T W 克莱因. 金属基复合材料导论 . 余永宁,房志刚译. 北京:冶金工业 出版社. 1996. [3] 董 群, 陈 礼,清赵明久等. 镁基复合材料制备技术、性能及应用发展概 况. 材料导报. 2004, 18(4) [4] 张修庆, 滕新营.镁基复合材料的制备工艺. 热加工工艺 2004, (3) [5]方信贤, 王 莹.原位合成颗粒增强镁基复合材料研究进展.南京工程学 院学报( 自然科学版). 2008, 6(2) [6 ]南宏强 ,袁 森 ,王武孝等. 颗粒增强镁基复合材料的制备工艺研究进 展. 2006, 27(4) [7] 孙志强，张 荻，丁 剑等。原位增强镁基复合材料研究进展与原位反 应体系热力学. 材料科学与工程. 2002, 20(4) [8]胡连喜,李小强.挤压变形对SiCw/ZK51A镁基复合材料组织和性能的 影响.中国有色金属学报,2000,10 (5)
应用
应用
镁基复合材料的研究及其展望
研究方向
研究中的问题
展望
研究方向
组成及界面反应
增强相选择要求与铝基复合材料大致相同，都要求物 理、化学相容性好，润湿性良好，载荷承受能力强，尽量 避免增强相与基体合金之间的界面反应等。
制备及合成工艺
反应物的选择和反应工艺的控制。
镁基复合材料的研究进展
增 强体 的选 择 与镁 基 复 合 材 料 大体 相 同 ， 要 求
物理 、 化 学 相容性 好 ， 润湿 性 良好 ， 载 荷 承载能 力强 ，
尽 量避 免 增 强 体 与 基 体 合 金 之 间 的 界 面 过 度 反 应 等， 增强 体一 般有 颗粒 增强 体 、 纤维 增强体 及 晶须增
镁及 镁合 金 具有 密度 低 、 比强度 与 比刚度 高 、 抗 冲击 、 阻 尼 性 能 好 等 优 点 １ １ ． 但 是 作 为 结 构 材 料 其
刚度 、 硬 度及 耐磨 性不 够理 想 ， 因此 应用受 到 很大 限
人 Ａ ｌ ， ｚ ｎ ， Ｒ ｅ等元素 合金 化后 才 能 用作 基 体 ． 常 用 的基 体合 金 主 要 有 Ａ Ｍ系， Ａ Ｚ系 与 Ａ Ｅ系 ． 此外 还 有 处于 较 高 温 度 下 使 用 的 两 个 合 金 系 Ｍｇ—Ａ ｇ和 Ｍｇ—Ｙ ． 不 同 的基 体对 复合 材料 的抗 拉 强度 ， 屈 服 强 度 与结 合强 度等 有 较 大 的影 响 ． 并 不 是 所 有 的基 体 强 度越 高 ， 复合材 料 的强度 就越 高 ．
１ ． ２ 增 强体
制． 通 过 添加 在基 体 中的颗 粒 、 纳米碳 管 或某 些纤 维 （ 碳纤 维 ， 氧化铝纤维等 ） 来制造镁基复合材料 ， 可
以显 著提 高抗 拉 强 度 、 屈服强度、 抗 蠕 变性 能 、 耐 热
பைடு நூலகம்
性能 、 耐蚀 性 能 等 Ｊ ． 镁 基 复 合 材 料 是 当 今 高 新 技 术领 域 内最有 希望 采 用 的复 合 材 料 之一 ， 在 航 空航
镁基复合材料的制备
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
镁基复合材料的制备
镁及镁合金虽具有密度低、比强度大、比刚度高和抗冲击性强等诸多优点。
但是也有一些固有缺点，如硬度、刚度、耐磨性、燃点较低、不是一种良好的结构材料，使其应用受到相当大的制约。
若向镁基体中添加陶瓷颗粒或碳纤维制成复合材料，则可以在很大程度上改善镁的力学性能，提高耐热和抗蠕变性能，降低热膨胀系数等。
可作为复合材料增强相的颗粒有：氧化物、碳化物、氮化物、陶瓷、石墨和碳纤维等。
制备镁基复合材料的工艺主要是：铸造法、粉末冶金法、喷射沉积法。
铸造法
铸造法是制备镁合金复合材料的基本工艺，可分为搅拌混合法、压力浸渗法、无压浸渗法和真空渗法等。
搅拌铸造法(Stiring Casting)
此法是利用高速旋转搅拌器浆叶搅动金属熔体，使其剧烈流动，形成以搅拌旋转轴为中心的漩涡，将增强颗粒加入漩涡中，依靠漩涡负压抽吸作用使颗粒进入熔体中，经过一段时间搅拌，颗粒便均匀分布于熔体内。
此法简便，成本低，可以制备含有Sic、Al2O3、SiO2、云母或石墨等增强相的镁基复化材料。
不过也有一些难以克服的缺点：在搅拌过程中会混入气体与夹杂物，增强相会偏析与固结，组织粗大，基体与增强相之间会发生有害的界面反应，增强相体积分数也受到一定限制，产品性能低，性价比无明显优势。
用此法生产镁基复合材料时应采取严密的安全措施。
液态浸渗法(Liquid infiltration process)
用此法制备镁基复合材料时，须先将增强材料与黏接剂混合制成预制坯，用惰性气体或机械设备作用压力媒体将镁熔体压入预制件间隙中，凝固后即成为复合材料，按具体工艺不同又可分为压力浸渗法、无压、浸渗法和真空浸渗。
《半固态搅拌铸造颗粒增强镁基复合材料的数值模拟研究》范文
《半固态搅拌铸造颗粒增强镁基复合材料的数值模拟研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，金属基复合材料因其独特的物理和机械性能在工业领域中得到了广泛的应用。
其中，镁基复合材料以其轻质、高强、耐热等特性，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域中扮演着越来越重要的角色。
本文将针对半固态搅拌铸造颗粒增强镁基复合材料的数值模拟研究进行深入探讨，以期为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、半固态搅拌铸造技术概述半固态搅拌铸造技术是一种制备金属基复合材料的重要方法。
该技术通过在液态金属中加入增强颗粒，并在半固态状态下进行搅拌，从而实现颗粒与金属基体的均匀分布。
这种方法具有制备工艺简单、成本低、增强效果显著等优点，因此被广泛应用于制备颗粒增强镁基复合材料。
三、数值模拟方法与模型建立为了深入研究半固态搅拌铸造过程中颗粒增强镁基复合材料的制备工艺及性能，本文采用数值模拟方法进行研究。
首先，建立半固态搅拌铸造过程的数学模型，包括流场、温度场、颗粒运动轨迹等物理量的描述。
其次，选用合适的数值计算方法，如有限元法、有限差分法等，对模型进行求解。
最后，通过模拟结果与实际实验数据的对比，验证模型的准确性和可靠性。
四、颗粒增强镁基复合材料的数值模拟结果与分析通过对半固态搅拌铸造过程的数值模拟，我们得到了颗粒在镁基体中的分布情况、流场和温度场的变化规律等信息。
结果表明，颗粒的加入可以显著改善镁基体的力学性能，提高其抗拉强度和延伸率。
此外，我们还发现搅拌速度、颗粒粒径、颗粒浓度等因素对复合材料的性能具有重要影响。
适当提高搅拌速度和颗粒浓度，减小颗粒粒径，有利于实现颗粒在镁基体中的均匀分布，从而提高复合材料的性能。
五、结论与展望通过对半固态搅拌铸造颗粒增强镁基复合材料的数值模拟研究，我们得到了以下结论：1. 半固态搅拌铸造技术是一种有效的制备颗粒增强镁基复合材料的方法。
2. 数值模拟方法可以有效地描述半固态搅拌铸造过程中的流场、温度场和颗粒运动轨迹等物理量，为制备工艺的优化提供理论支持。
纳米颗粒和第二相协同增强镁基复合材料的组织调控及强韧化机理
纳米颗粒和第二相协同增强镁基复合材料的组织调控及强韧化机理1. 引言好吧，咱们今天聊聊一个看似高大上的话题：镁基复合材料。
听上去是不是有点复杂？其实，它就像我们日常生活中的调料，能够把原材料调配得更美味，更具竞争力。
镁，作为一种轻金属，早就被广泛应用了。
但是，单靠镁，力气有点小，强度也不够。
这里就得引入我们的主角——纳米颗粒和第二相！这俩家伙可谓是镁基复合材料的“黄金搭档”，今天就让我们好好聊聊它们是怎么“打怪升级”的。
2. 纳米颗粒的神奇之处2.1 纳米颗粒的引入首先，我们得明白，纳米颗粒可不是普通的小颗粒，它们的尺寸小得令人咋舌，通常在一纳米到几百纳米之间。
想象一下，像沙粒一样的小东西，但它们的表面积可大得多，像是把一整片面包压成了小面包屑，结果更容易吸引“吃货”。
在镁基复合材料中，加上这些纳米颗粒，就像是给镁注入了一股强心剂，不仅提高了强度，还提升了韧性，真是一举多得。
2.2 纳米颗粒的作用机制接下来，我们来聊聊这些纳米颗粒的工作方式。
你可以想象，纳米颗粒在镁的基体中，就像是顽皮的小精灵，四处游荡，给材料提供了强度和稳定性。
当外力作用在材料上时，纳米颗粒会迅速分散这个力量，就像足球比赛中的后卫，守住了球门，防止了损坏。
而且，它们还能阻止材料内部的裂纹扩展，真是个绝妙的防护高手。
3. 第二相的协同效应3.1 第二相的引入好了，除了纳米颗粒，第二相也是个重要的角色。
这一角色可能是氧化物、碳化物或其他什么神秘的物质，关键是它们能和镁基体形成一种有趣的“化学反应”。
想象一下，镁和第二相就像一对欢喜冤家，相互作用，互相促进，让整个材料的性能大大提升。
3.2 协同增强的机理说到这里，我们得谈谈这个“协同”到底是怎么回事。
第二相就像是个可靠的搭档，它们和镁基体一起形成了一个坚固的网络。
当压力袭来时，第二相不仅可以提高材料的强度，还能增强其抗冲击性。
就像一场打斗，两个拳手配合默契，一个出拳，一个防守，打得敌人晕头转向。
金属基复合材料应用举例
金属基复合材料应用举例金属基复合材料是指以金属为基体，添加一种或多种增强相（如纤维、颗粒、片材等）来改善金属材料的性能和功能的一类材料。
金属基复合材料具有高强度、高韧性、高温稳定性等优点，因此在航空航天、汽车、船舶、电子等领域得到广泛应用。
以下是十个金属基复合材料的应用举例：1. 铝基复合材料：铝基复合材料由铝基体和增强相（如陶瓷颗粒、碳纤维等）构成，具有低密度、高强度、耐磨损等特点。
在航空航天领域，铝基复合材料被用于制造飞机机身、航天器传动系统等部件。
2. 镁基复合材料：镁基复合材料具有低密度、高比强度和良好的导热性能，广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域。
例如，在汽车行业中，镁基复合材料被用于制造车身结构和发动机零部件，可以减轻车重，提高燃油效率。
3. 钛基复合材料：钛基复合材料由钛基体和增强相（如陶瓷颗粒、纤维等）构成，具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性能。
在航空航天领域，钛基复合材料被用于制造飞机发动机叶片、航天器外壳等高温部件。
4. 镍基复合材料：镍基复合材料由镍基体和增强相（如陶瓷颗粒、纤维等）构成，具有高温强度和良好的耐腐蚀性能。
在航空航天领域，镍基复合材料被用于制造航空发动机涡轮叶片、燃烧室等高温部件。
5. 铜基复合材料：铜基复合材料由铜基体和增强相（如碳纤维、陶瓷颗粒等）构成，具有高导电性和高热导率。
在电子领域，铜基复合材料被用于制造高性能散热器、电子封装材料等。
6. 钨基复合材料：钨基复合材料由钨基体和增强相（如碳纤维、陶瓷颗粒等）构成，具有高密度、高熔点和高强度。
在核工业领域，钨基复合材料被用于制造核反应堆材料、高温组件等。
7. 铁基复合材料：铁基复合材料由铁基体和增强相（如碳纤维、陶瓷颗粒等）构成，具有高强度和良好的耐磨性。
在机械制造领域，铁基复合材料被用于制造高性能齿轮、轴承等零部件。
8. 锆基复合材料：锆基复合材料由锆基体和增强相（如陶瓷颗粒、纤维等）构成，具有高温稳定性和良好的耐腐蚀性能。
(完整word版)镁基复合材料制备技术、性能及应用发展概况
镁基复合材料制备技术、性能及应用发展概况摘要：镁基复合材料因其轻量化和高性能而成为当今高新技术领域中最富竞争力和最有希望采用的复合材料之一。
大致笔述了常用镁基复合材料研究概况、制备技术、性能及应用前景。
关键词：镁基复合材料制备技术性能应用Fabrication，Properties and Application of M agnesium—matrix CompositesDONG Qun CHEN Liqing ZHAO Mingjiu BI Jing(Institute of Metal Research，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016，China)Abstract Magnesium—matrix composites with lightweight and high performance are becoming one of themost competitive and promising candidates in the applications of high—tech fields．An overview is made on the fabri—ating techniques，mechanical properties and applications for the typical magnesium—matrix composites，and theresearch trend is proposedKey words magnesium matrix composite，fabrication，properties，application. 0引言：镁基复合材料是继铝基复合材料之后又一具有竞争力的轻金属基复合材料【E1】，主要特点是密度低、比强度和比刚度高，同时还具有良好的耐磨性、耐高温性、耐冲击性、优良的减震性能及良好的尺寸稳定性和铸造性能等；此外，还具有电磁屏蔽和储氢特性等，是一类优秀的结构与功能材料，也是当今高新技术领域中最有希望采用的复合材料之一；在航空航天、军工产品制造、汽车以及电子封装等领域中具有巨大的应用前景。
颗粒增强镁基复合材料概述
颗粒增强镁基复合材料颗粒增强金属基复合材料由于制备工艺简单、成本较低微观组织均匀、材料性能各向同性且可以采用传统的金属加工工艺进行二次加工等优点，已经成为金属基复合材料领域最重要的研究方向。
颗粒增强金属基复合材料的主要基体有铝、镁钛、铜和铁等，其中铝基复合材料发展最快；而镁的密度更低，有更高的比强度、比刚度，而且具有良好的阻尼性能和电磁屏蔽等性能，镁基复合材料正成为继铝基之后的又一具有竞争力的轻金属基复合材料。
镁基复合材料因其密度小，且比镁合金具有更高的比强度、比刚度、耐磨性和耐高温性能，受到航空航天、汽车、机械及电子等高技术领域的重视。
颗粒增强镁基复合材料与连续纤维增强、非连续(短纤维、晶须等)纤维增强镁基复合材料相比，具有力学性能呈各向同性、制备工艺简单、增强体价格低廉、易成型、易机械加工等特点，是目前最有可能实现低成本、规模化商业生产的镁基复合材料。
一、制备方法1、粉末冶金法粉末冶金法是把微细纯净的镁合金粉末和增颗粒均匀混合后在模具中冷压，然后在真空中将合体加热至合金两相区进行热压，最后加工成型得复合材料的方法。
粉末冶金的特点：可控制增颗粒的体积分数，增强体在基体中分布均匀；制备温度较低，一般不会发生过量的界面反应。
该法工艺设备较复杂，成本较高，不易制备形状复杂的零件。
2、熔体浸渗法熔体浸渗法包括压力浸渗、无压浸渗和负压浸渗。
压力浸渗是先将增强颗粒做成预制件，加入液态镁合金后加压使熔融的镁合金浸渗到预制件中，制成复合材料采用高压浸渗，可克服增强颗粒与基体的不润湿情况，气孔、疏松等铸造缺陷也可以得到很好的弥补。
无压浸渗是指熔的镁合金在惰性气体的保护下，不施加任何压力对增强颗粒预制件进行浸渗。
该工艺设备简单、成本低，但预制件的制备费用较高，因此不利于大规模生产。
增强颗粒与基体的润湿性是无压浸渗技术的关键。
负压浸渗是通过预制件造成真空的负压环境使熔融的镁合金渗入到预制件中。
由负压浸渗制备的SiC／Mg颗粒在基体中分布均匀。
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优良的储氢性能 储氢材料可以在晶体的空隙中大量储存氢原子，并且可逆 。拥有无比的优越性。 镁基复合材料具有储氢量大、质量轻、价格低以及资源丰 富等优点。 镁基储氢合金在一个大气压下的放氢温度为250°C左右， 可以利用汽车排放的废气(280°C左右)来加热使之放氢，因 而比较适合用于燃氢汽车。 优良的阻尼性能 所有的金属结构材料中，镁的阻尼性能最好。因此，采用 高阻尼镁合金为基体，选择合适的增强体，通过合理的设 计，获得高阻尼、高强度和低密度的减振材料。
用作燃氢汽车的储氢材料
谢
谢
无压浸渗 指熔的镁合金在惰性气体的保护下，不施加任何压力对增强
颗粒预制件进行浸渗。 特点：设备简单、成本低，但预制件的制备费用较高，不利于大规模 生产。增强颗粒与基体的润湿性是无压浸渗技术的关键。 负压浸渗 通过预制件造成真空的负压环境使熔融的镁合金渗入到预制 件中。由负压浸渗制备的SiC/Mg颗粒在基体中分布均匀。
三、 制 备 工 艺
粉末冶金法(Powder Metallurgy)
简称PM法，将基体粉末与增强颗粒按设计要求的比例进行机械混合压 坯、烧结或直接用混合料进行热压、热轧、热挤成型来制备镁基复合 材料的方法，是较早用来制备镁基复合材料的工艺。 粉末冶金法的特点 ：
可控制增颗粒的体积分数 ，
一、研 究 背 景
镁基复合材料受到航空航天、汽
80 70 60 50 40 30 20 10 0
车、机械以及电子等领域的重视
属和铝基复合材料的应用潜力更
万吨
，在新兴高新技术领域比传统金
大。自20世纪80年代末，已经成
为金属基复合材料领域的研究热 点之一。
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00
02
04 20
年度
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喷射沉积法(Spray Forming)
此工艺首先用高压的惰性气体流将液态镁合金雾化 ，形成熔融状态的 镁合金喷射流，同时将增强颗粒喷入镁合金喷射流中，使颗粒和基体 的混合体沉积到衬底上 ，凝固后得到镁基复合材料 。 特点：增强颗粒在基体中分布均匀、凝固快 、界面反应较少。
四、应 用 与 展 望
硼化物
TiB2颗粒
新型的工业陶瓷原料。硬度大，耐磨损，耐酸碱，导电性与稳定性好。
TiB颗粒
高硬度、高熔点、良好的导电性、抗熔融腐蚀性等。但是，遗憾的是 对于TiB颗粒增强镁基复合材料的研究报道很少。
氧化物颗粒
氧化物弥散强化机制日益受到研究者的重视。过去研究者只限于制备 小体积分数的MgO增强镁基复合材料，现在已有研究者制备出大体积 分数MgO增强镁基复台17）
耐热
Mg-Re-Zr合金
储氢
Mg-Ni合金
常用颗粒增强体
碳化物
SiC颗粒 硬度高，耐磨性能好、抗热冲击、抗氧化。镁没有稳定的碳化物，SiC在镁中热力学上 是稳定的，因此，SiC常用作镁基复合材料的增强相，并且来源广泛价格便宜，具有工 业化生产前景。 B4C颗粒 菱面体站构，高熔点、高硬度、硬度仅次于金刚石与立方氮化硼，是密度最低的陶瓷材 料，热膨胀系数相当低，价格也较便宜。 TiC颗粒 面心立方晶格，高熔点、高硬度及高温稳定性。TiC与镁的润湿性好于与铝的润湿性。 且不和镁发生界面反应。因此，TiC是作为镁的增强相的较佳选择。
铸造法(Casting Route)
搅拌铸造法
根据铸造时金属形态不同可分为1、全液态搅拌铸造2、半固态搅拌铸造3 、搅熔铸造。
挤压铸造法
通过压机讲液态金属强行压入增强材料的预制件中以制备复合材料的
一种方法。其过程是先将增强材料制成一定形状的预制件，经干燥预
热后放入模具中，浇入熔融金属，用压头加压，液态金属在压力下浸 渗入预制件中，并在压力下凝固制成接近最终形状和尺寸的零件。
展望
颗粒增强镁基复合材料热力学及动力学的计算机模拟技术 将成为研究热点之一； 控制陶瓷颗粒增强相与镁合金基体的界面行为以获得界面 结合良好的镁基复合材料 ； 开发镁基复合材料再生与回用技术； 在汽车工业中，镁压铸件的加工、循环再生和铸造方面较 铝有很大的技术优势，而且用镁可以代替汽车上的特种塑 料，在汽车工业具有潜在的应用前景和广阔的市场。
2.2 性能
颗粒增强复合材料强化机制
基体与增强体 热膨胀系数不同 产生热残余应力 释放时基体中产生 高密度位错
增强体的加入
对基体变形的约束 约束基体形变
对基体位错 运动的阻碍 产生强化 基体向增强体 的载荷传递 晶粒细化强化
Tips：由于协同效 应，当几个因素同 时在材料中起作用 时，材料的某些特 性可能发生急剧变 化。所以不能认为 是单纯的叠加。
优良的耐磨性
B4C和SiC颗粒增强镁基复合材料的耐磨性能
B4C和SiC颗粒增 强镁基复合材料 比基体合金耐磨 性能有较大提高
图1 磨损量随磨损时间变化曲线
优良的耐磨性
图2 AZ91D 复合材料磨损变化曲线
纳米SiC的加入能够改善AZ91D镁合金的高温耐磨性能， 在室温到300度的温度范围内，随着温度的提高，基体和复 合材料的磨损量都是先减小然后急剧增加。
增强体在基体中分布均匀；
制备温度较低，一般不会发生过量的界面反应。 缺点：较复杂，成本较高，不易制备形状复杂的零件。
熔体浸染法 （Melt Infiltration Process)
压力浸渗 先将增强颗粒做成预制件，加入液态镁合金后加压使熔融的
镁合金浸渗到预制件中，制成复合材料采用高压浸渗。 特点：克服增强颗粒与基体的不润湿情况，弥补气孔、疏松等缺陷。
镁 基 复 合 材 料
陈 锦 13721556
目 录 研究背景
组织结构与性能
制备工艺 应用与展望
镁的性能
重量轻：镁合金是最轻的工程结构材料。镁的密度1.74，约 为钢的1/4，铝的2/3，为工程塑料的1.5倍。 比强度、比刚度高：镁合金的比强度明显高于铝合金和钢， 比刚度与铝合金和钢相当，而远远高于工程塑料，为一般塑 料的10倍。 减振性好：相同载荷下，是铝的100倍，钛合金的300～500倍 。电磁屏蔽性佳。 散热性好：金属的热传导性是塑料的数百倍，其热传导性略 低于铝合金及铜合金，远高于钛合金，常用合金中比热最高 。 耐蚀性好：为碳钢的8倍，铝合金的4倍，为塑料材料的10倍 以上。 质感佳：外观及触摸质感极佳，使产品更具豪华感。 可回收性好：花费相当于新料价格的4%，可回收利用镁合金 制品及废料。
二 、组织结构与性能
2.1 组织结构
SiC颗粒或晶须 碳（石墨）纤维
Al203颗粒或纤 增强相
组织细小， 均匀
铸镁 基体
B4C颗粒
TiC颗粒 Al18B4O33 颗粒或晶须
镁化合物
镁合金
润湿性、相 容性、载荷 承受能力好。 避免有害界 面反应。分 布均匀
常用的基体镁合金
标准
Mg-Al合金（AZ31、AZ61、AZ91）