粉末冶金法制备硼酸镁晶须增强镁基复合材料的研究

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1、摘要本文采用粉末冶金的方法，分别制备了以Mg和AZ91为基体、硼酸镁晶须为增强相的复合材料，对制备过程中各个阶段的工艺参数进行了优化；研究了晶须表面镀镍的工艺及其对复合材料界面结合的影响，讨论了晶须的加入对复合材料显微硬度、布氏硬度和摩擦磨损性能的影响，对复合材料受拉伸载荷时的应力场进行了有限元分析。球磨过程采用行星式球磨机，配以不同尺寸的钢球，选择球料比8：1，转速800r／rain，时间1h的工艺参数，可以对粉末进行一定程度的细化：冷压过程采用冷等静压的方法比较有利于复合材料的制备；探讨了不同粉末的压制压力与压坯密度关系曲

2、线，得到了在100-400MPa压力范围内，与理论相符合的结果；烧结实验分别采用了400℃、450℃、500℃、550℃的烧结温度，结果表明在450．500℃范围内烧结时，可以获得较好的微观组织与性能的结合。化学镀镍可在晶须表面形成了0．1．10m厚的Ni．P层。与原始晶须相比，镀镍后的晶须与基体的界面结合更加紧密，并在SEM照片中观察到了过渡层的形成。硬度实验表明，合金化过程对于材料性能的提高有着重要影响；镀镍晶须的加入一方面会改善材料的性能，另一方面还能够减少高温烧结时晶须表面的过量氧化以及与基体间由于热应力引起的开裂倾向

3、。i摩擦磨损实验结果表明，Mg和AZ91的摩擦磨损机制以粘着磨损为主：Mg．M928205w、Mg—MgaB20sw('Ni)、AZ91-M92820sw--种材料以磨粒磨损为主要的磨损机制，并伴有氧化磨损；AZ91．M928205w(Ni)复合材料则呈现复杂的混合磨损机制。有限元分析表明，晶须较好地发挥了分担载荷的作用，但晶须的存在使基体中的产生应力集中。镀镍层的存在可以起到缓和应力集中的作用，使界面失效的危险性降低。关键词：硼酸镁晶须，镁基复合材料，粉末冶金，化学镀镍，摩擦磨损ABSTRACTMagnesiumborate

4、whiskerreinforcedMgandAZ91matrixcompositewerefabricatedbypowdermetallurgy．Theprocessingparameterswereoptimizedaccordingtotheexperimentresults．Nickel-platingprocesswastakenonthewhiskersurfaceanditseffectsonthebondingoftheinterfaceinthecompositeswerediscussed．Theinflu

5、encesoftheadditionofthewhiskersonthemicrohardness，Brinellhardnessandabrasiveandwearpropertiesofthecompositesweresystematicallyinvestigated．Inaddition,afiniteelement(rE)modelWasusedtoanalyzethedistributionofstressinthecompositesappliedthetensilestress．Themixedpowders

6、wereball-milledinaplane咖．／ballgrinderwithdifferentsizesteelballsundertheballtopowderratio8：l。rotationspeed800rpmforlh．Thecoldisostaticpressingisbeneficialtothecompressivedeformationofcomposite．Therelationshipsbetweenpressureandgreendensityforvariouspowderswerediscus

7、sedintherangeof100tO400MPa,whichagreewithlinearrelationship．Sinteringexperimentswerecarriedoutat400"C，450℃，500"Cand550℃，theresultsindicatethatitisreasonabletosintercompositesinthetemperaturerangefrom450to500"C．Formationsofnickellayerswiththethicknessof0．1一lgmwereobs

8、ervedaftereleetrolessnickelplatingonthewhiskersurface．Thebondingoftheinterfacebetweenthewhiskerandmatrixisimproved．Andatransitionlayerbetw