镁基复合材料的性能及应用

镁基复合材料的性能及应用罗文昌2013121532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。本文将综述镁基复合材料的不同制备方法及其对复合材料组织、结构、性能的影响，并提出镁基复合材料的研究和发展方向。关键词：镁基复合材料；基体镁合金；性能；应用；发展1.引言现代科学的发展和技术的进步，对材料性能提出了更高的要求，往往希望材料具有某些特殊性能的同时，又具备良好的综合性能。复合材料是将两种或两种以上不同性能、不同形态的组分材料通过复合手段组合而成的一种多相材料。近年来，金属基复合材料在许多领域得到了应用。目前金属基复合材料的制备方法已有很多，并在铁基、镁基、铜基、铝基、钛基等金属基复合材料中取得了比较大的成功。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。根据镁基复合材料的特点，结合原有的金属基复合材料的制备工艺，材料工作者尝试了多种新的适合制备镁基复合材料的方法与工艺，对研制、开发镁基复合材料起到了很好的促进作用。2.镁基复合材料的组织与性能相对于传统金属材料和铝基复合材料，有关镁基复合材料的组织与性能的研究目前虽然已经取得了一定的成果，但还不够全面深入，力学性能数据分散性也比较大，仍处于探索性研究阶段。材料工作者对镁基复合材料的耐磨性能和疲劳断裂机理进行了研究，并围绕镁基复合材料的力学性能及物理性能做了一些工作。力学性能主要集中于复合材料的拉伸与压缩性能，时效特性，以及低温与高温超塑性等方面；物理性能有阻尼性能和储氢性能等研究内容。储氢镁基复合材料一般采用球磨法制备。高能球磨后，颗粒活化，镁颗粒与增强相颗粒以及颗粒内部的大量相界、微观缺陷的存在是材料具有优异氢化性能的主要原因。通过机械合金化工艺可以制备出具有优良储氢性能的复合材料，典型体系：Mg—Mg2Ni，而且若在研磨过程中辅以某些有机添加剂对提高材料的储氢性能有很大帮助，但较高的脱氢温度以及相对较慢的吸放氢速度限制了镁基合金实际应用。另外非晶态镁基复合材料的优良性能更是引起了人们的普遍兴趣。在实际应用中，由于镁基复合材料过硬的性能，镁基复合材料在在各领域中被广泛应用。镁基复合材料组织特征为增强体分布在基体合金中，同时引入了大量的界面以及高密度位错缠结，其晶粒度较基体合金也小，无论是高密度位错引起的位错强化，还是细化晶粒的作用都将提高和改善复合材料的拉伸强度和刚度等力学性能。另外，挤压变形、固溶时效以及其它一些工艺的运用和调整都将有利于进一步提高镁基复合材料力学性能镁基复合材料具有良好的阻尼性能(减振性能)、电磁屏蔽性能和储氢特性，是良好的功能材料，还具备密度小、贮氢容量高、资源丰富等优点。镁基贮氢复合材料正被日益重视，主要制备方法有多元合金化、机械合金化、多元复合等。3.镁基复合材料的应用从近期发展看，镁基复合材料并没有大规模地应用于常规结构件中，但它们在航空航天和汽车电子工业中的众多构件方面有着广阔的应用前景。美国TEXTRON、DOW化学公司用SiC／Mg复合材料制造螺旋桨、导弹尾翼、内部加强的汽缸等。DOW化学公司用AlzOSiC／Mg复合材料已制成皮带轮、油泵盖等耐磨件，并制备出完全由AlzO／Mg复合材料构成的油泵。美国海军研究所和斯坦福大学利用BC／Mg—Li、Bp／Mg—Li复合材料制造卫星天线构件。加拿大镁技术研究所成功开发了搅拌铸造及挤压铸造SiC颗粒增强镁基复合材料，试图利用其低密度、耐磨损、高比刚度等特点用于汽车的盘状叶轮、活塞环槽、齿轮、变速箱轴承、差动轴承、拨叉、连杆、摇臂等零部件。4.结语及展望从目前发展趋势看，简化现有制备工艺、改善成形性以降低制备成本是发展镁基复合材料的攻克点，从而能实现大规模的商业化。预计，以下几个方面将会成为今后的研究热点：(1)低成本制备技术的开发。原位生成的陶瓷颗粒增强相具有表面无污染、良好的界面相容性和高结合度等传统工艺不具备的特性，因此，借鉴目前原位内生颗粒增强铝基复合材料较为成熟的制备技术来探索原位内生颗粒增强镁基复合材料，尤其是改善界面结合行为，结合自发浸渗的原位合成技术来获得近终成型的镁基复合材料构件。(2)增强体的选择。采用超细增强体(如亚微米、纳米增强体)，研究其制备的关键技术，即增强体的分散性和基体界面的相容性，从而在提高强度的同时细化晶粒、提高塑性以获得优良综合性能的材料。(3)超轻系镁基复合材料的研究。进一步研究开发应用于航空航天结构件等方面的超轻系镁基复合材料，Mg—Li基复合材料是首选材料并将成为研究热点。镁基功能复合材料的开发利用，尤其是镁基储能材料的研究开发会更加深入。(5)镁基复合材料回收和再利用技术。这是应环保及可持续发展要求而必须面对的新型课题。(6)镁基复合材料的智能化设计。采用计算机辅助技术模拟制备镁基复合材料热力学和动力学过程，从而更加清楚地了解基体／增强体界面反应的实际过程，减少复杂实验过程中诸多因素的影响，为镁基复合材料的结构性能制备一体化设计开辟新的研究途径。参考文献[1]陈煜，吴桢干，顾明元等．石墨纤维增强镁基复合材料界面．中国有色金属学报，1997，7(3)：124[2]郝元恺，姜冀湘，赵恂．碳化硼颗粒／镁合金复合材料的工艺和性能．复合材料学报，1995，12(4)：8[3]李新林，王慧远；颗粒增强镁基复合材料的研究现状与展望；2001，19[4]蔡叶，苏华钦．镁基复合材料研究的回顾与展望．特种铸造及有色合金1996(3)：17[5]葛岱斌，吴桢干，顾明元等．非连续增强镁基复合材料的时效特性.宇航材料工艺，1999，(2)：26[6]张修庆，腺新营，王浩伟；镁基复合材料的制备工艺；热加工工艺；2004[7]于化顺；金属基复合材料及其制备技术；化学工业出版社；2006，10[8]张国定，赵昌正；金属基复合材料；上海交通大学出版社；1996