原位自生Mg2Si颗粒增强镁基复合泡沫的制备及压缩性能

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多孔泡沫镁作为一种集结构与功能于一体的工程材料,在轨道交通、石油化工、航空航天等多个领域有潜在的应用价值。然而,当泡沫镁作为结构材料使用时,其较低的力学性能限制了它在工业上广泛的应用。Mg2Si颗粒具有低密度、高弹性模量、高硬度等诸多优点,是一种有效的增强体。在泡沫镁基体中原位生成Mg2Si颗粒,可在保证泡沫镁轻质多孔的前提下,有效的提高其力学性能。这对泡沫镁的理论研究与实际应用具有重要的价值。本文利用渗流铸造法制备了Mg2Si增强Mg基开孔复合泡沫,研究了Si含量(1 wt.%、5 wt.%与9 wt.%)对复合泡沫的微观组织与压缩性能的影响规律,并对失效机理进行了初步的探讨。采用Y+Sb复合变质对Mg2Si/Mg泡沫进行处理,并研究了变质剂含量(0.5 wt.%Y+0.2 wt.%Sb、0.5 wt.%Y+0.5 wt.%Sb与0.5 wt.%Y+0.8 wt.%Sb)对复合泡沫微观组织与压缩性能的影响。采用固溶处理工艺对复合变质后的Mg2Si/Mg泡沫进行热处理,研究了不同固溶时间对泡沫微观组织与压缩性能的影响规律,并对其失效机理进行了初步分析和探讨。结果表明:1.Mg2Si/Mg复合泡沫的组织形貌会随着Si含量增加而明显变化。Si含量的升高可促进复合泡沫组织中枝晶状初生Mg2Si的形成,并且初生Mg2Si相的尺寸和数量会随着Si含量的增加而增加。2.随着Si含量的升高,Mg2Si/Mg复合泡沫的压缩强度先增高后降低,但能量吸收能力会一直降低。当Si含量为5 wt.%时,Mg2Si/Mg复合泡沫具有最高的压缩强度。而Si含量为1 wt.%时,复合泡沫的能量吸收能力最高。3.复合变质剂中Y含量保持不变的情况下,随着Sb含量的增加,Mg-5Si泡沫组织中Mg2Si相的尺寸先减小后增大。当Y和Sb的含量都为0.5 wt.%时,泡沫组织中初生Mg2Si相与共晶Mg2Si相的尺寸降至最低,表现出最佳的变质效果。4.复合变质剂中Y含量保持不变的情况下,随着Sb含量的增加,Mg-5Si泡沫的压缩强度与能量吸收能力都呈现先增大后降低的趋势。当Y和Sb的含量都为0.5 wt.%时,复合泡沫具有最高的压缩强度与能量吸收能力。5.当Y和Sb含量都为0.5 wt.%时,Mg-1Si复合泡沫组织中共晶Mg2Si相得到了有效的细化,并且泡沫的压缩强度与能量吸收能力明显增高。但是在相同的变质条件下,Mg-5Si泡沫表现出更好的变质效果与更高的压缩性能。6.当固溶温度(420℃)和变质剂组成(0.5 wt.%Y+0.5 wt.%Sb)保持不变时,随着固溶时间的增加,经过复合变质后Mg-5Si泡沫组织中共晶Mg2Si相发生明显球化的现象,初生Mg2Si相边角钝化,并且泡沫的压缩强度与能量吸收能力也随之增加。
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