鎂基復(fù)合材料制備技術(shù)研究現(xiàn)狀

李 智 徐瑞雪

（濮陽濮耐高溫材料（集團(tuán)）股份有限公司，河南 濮陽 457100）

鎂基復(fù)合材料制備技術(shù)研究現(xiàn)狀

李 智 徐瑞雪

（濮陽濮耐高溫材料（集團(tuán)）股份有限公司，河南 濮陽 457100）

綜述了目前鎂基復(fù)合材料研究中常用的制備方法，介紹了目前常用的攪拌鑄造法、熔體浸漬法、粉末冶金法、原位反應(yīng)自生法和噴射沉積法等制備方法的原理和制備技術(shù)。

鎂基；復(fù)合材料；制備方法

鎂合金被譽為“21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色工程材料”[1]。復(fù)合材料兼具金屬和陶瓷的特性，科學(xué)家預(yù)言“二十一世紀(jì)將是復(fù)合材料的時代，它將支撐著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和挑起經(jīng)濟(jì)實力的脊梁”。鎂基復(fù)合材料是繼鋁基復(fù)合材料后的又一具有競爭力的輕金屬基復(fù)合材料，在航空航天、汽車等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景[2]，已成為材料學(xué)者研究重點課題之一。本文針對目前研究鎂基復(fù)合材料中常用的制備方法進(jìn)行了綜述和歸納。

1 攪拌鑄造法

攪拌鑄造法是在機(jī)械攪拌作用下，把增強(qiáng)體強(qiáng)制引入由攪拌引起的基體熔體漩渦，使增強(qiáng)體充分彌散到基體熔體中，然后澆注成型的一種制備方法，一般分為半固態(tài)攪拌鑄造、液態(tài)攪拌鑄造和流變鑄造。半固態(tài)攪拌鑄造可以降低凝固收縮和宏觀偏析，增強(qiáng)相分布也比較均勻，而且該工藝成型溫度較低，可以避免高溫氧化燒損，是最有希望應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的工藝。液態(tài)攪拌鑄造法在攪拌過程中由于產(chǎn)生負(fù)壓容易吸氣而形成氣孔。流變鑄造是在半固態(tài)下加入增強(qiáng)相，升溫至液相線以上后攪拌，然后再冷卻澆注的生產(chǎn)工藝。

S.Jayala kshimi[3]等人制備了A1203纖維增強(qiáng)AMl00鎂基復(fù)合材料，采用的方法為攪拌鑄造法，但由于鑄造過程中出現(xiàn)了許多缺陷如偏聚、孔洞等原因，導(dǎo)致材料的強(qiáng)度降低，呈脆性斷裂。美國Dow公司利用機(jī)械攪拌鑄造法，成功制備了SiCp／鎂基復(fù)合材料。英國鎂電子公司開發(fā)了一種攪拌工藝，該工藝能夠使增強(qiáng)相顆粒在基體熔體中均勻分布，從而制得性能良好的鎂基復(fù)合材料。

2 熔體浸滲法

熔體浸透法是先把增強(qiáng)相預(yù)制成形，然后將基體溶體倒入，在一定壓力或單純毛細(xì)現(xiàn)象下，使金屬熔體浸透到預(yù)制坯體間隙，達(dá)到復(fù)合成型目的，包括壓力浸滲、無壓浸滲、負(fù)壓浸滲等[4]。壓力浸滲是在一定壓力，使熔體浸透到預(yù)制坯體間隙從而達(dá)到復(fù)合的目的。無壓浸滲是不施加任何壓力，僅靠單純毛細(xì)滲透制得的復(fù)合材料。負(fù)壓滲透是靠增強(qiáng)相預(yù)制塊造成的真空環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)壓來實現(xiàn)熔體的浸滲。

Mingyi Zheng[5]等人通過壓力浸滲法制備了硼酸鋁晶須增強(qiáng)AZ9l復(fù)合材料。Hallstech[6]采用負(fù)壓浸透法制備了A1203短纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。金頭男[7]等人利用壓力浸透法制備了SiCw+B4Cp雙相增強(qiáng)AZ91鎂合金復(fù)合材料。

3 粉末冶金法

粉末冶金法是將增強(qiáng)相和基體粉末進(jìn)行機(jī)械混合，并通過模壓或者等靜壓的方法壓制成坯體，隨后在合金兩相區(qū)燒結(jié)成型的一種制備工藝。粉末冶金法的優(yōu)點是增強(qiáng)體類型不限制，可以在基體內(nèi)均勻分布，避免鑄造中出現(xiàn)成分偏析，成分可以任意配比，制備過程溫度較低，可以避免高溫氧化等現(xiàn)象，是目前制備鎂基復(fù)合材料最常用方法之一。

郗雨林[8]等利用粉末冶金制備了含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的SiC和TC4增強(qiáng)MBl5鎂基復(fù)合材料。任富忠[9]等利用粉末冶金法制備了碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。wang[10]等應(yīng)用粉末冶金的方法制備了TiC顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

4 原位反應(yīng)自生法

原位反應(yīng)自生法是通過在金屬基體中加入合金元素或化合物，在制備復(fù)合材料的過程中使其在基體內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，形成一種或幾種增強(qiáng)相，從而得到復(fù)合材料的一種制備方法。該方法所得的增強(qiáng)相與基體的化學(xué)相容性較好，尺寸細(xì)小，分布均勻，是目前鎂合金復(fù)合材料研究的一個熱點。

Q.Dong[11]等單相的Ti與C按1：1比例混合均勻后壓坯，再把熔融的鎂液浸入，制備了TiC顆粒／Mg基復(fù)合材料，結(jié)果顯示在基體中形成了大量TiC顆粒。

5 噴射沉積法

噴射沉積法是把液態(tài)金屬和增強(qiáng)相在高壓惰性氣體噴射下霧化，形成熔融的金屬噴射流，共同沉積到經(jīng)預(yù)處理的襯底上，快速凝固成型得到鎂基復(fù)合材料。

Vervoort等[12]采用噴射沉積工藝制備了SiC／QE22復(fù)合材料，該復(fù)合材料經(jīng)擠壓后具有優(yōu)良的力學(xué)性能。K.F.Ho等[13]制備了銅顆粒增強(qiáng)AZ91基復(fù)合材料，復(fù)合材料的各項力學(xué)性能均明顯提高。

6 結(jié)束語

鎂基復(fù)合材料有優(yōu)異的物理和力學(xué)性能，具有廣闊的應(yīng)用前景，但鎂基復(fù)合材料相比鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能還相差一定距離，如何提高鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)度是目前研究的重點課題。另外，鎂是一種非常活潑的金屬元素，極易被氧化腐蝕，要提高鎂基復(fù)合材料的應(yīng)用，腐蝕問題也是亟待解決的問題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和學(xué)者們對鎂有更多的認(rèn)識，這些問題將在不久的將來一一被解決，那時，鎂基復(fù)合材料的應(yīng)用將更加廣泛。

[1]曾榮昌，柯偉，徐永波，等.鎂合金的最新發(fā)展及應(yīng)用前景[J].金屬學(xué)報，2001，37（7）:673-685.

[2]康鴻躍.Mg2B2O5w／ZK60鎂基復(fù)合材料時效行為研究[D].成都：成都理工大學(xué)，2008.

[3]S.Jayalakshmi，S.V.Kailas，S.Seshan.Tensile behaviour of squeeze cast AMl00 magnesium alloy and its Al203 fibre rein?forced composites[J].Composites：Part A 33（2002）:1135-1140.

[4]王殊.粉末冶金法制備硼酸鎂晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的研究[D].天津：天津大學(xué)，2007.

[5]Mingyi Zheng，Kun Wu，Haneen Liang.Microstructure and mechanical properties of aluminum borate whisker-reinforced mag?nesium matrix composites[J].Materials Letters 57（2002）：558-564.

[6]B.Hallstech，Z.K.Liu and J.Agren.Reactions in Al2O 3-Mg Metal Matrix Composites during Prolonged Heat Treatment at 400，550 and 600℃[J].Mater.Sci.Eng.，1993，A169:149-157

[7]金頭男，聶祚仁，李斗星.浸漬／擠壓（SiCw+B4Cp）／Mg（AZ91）復(fù)合材料的界面特征[J].中國有色金屬學(xué)報，2002（4）：284-289.

[8]郗雨林，柴東朗，張文興.粉末冶金制備非連續(xù)增強(qiáng)MBl5鎂基復(fù)合材料時效行為的研究[J].熱加工工藝，2005（1）：11-13.

[9]任富忠，高家誠，李偉，等.粉末冶金法碳纖維／Mg復(fù)合材料的界面對其力學(xué)性能的影響[J].新型炭材料，2011，26（4）：278-286.

[10]S.Hwang，C.Nishimura.Compressivemechanical proper?ties of Mg-Ti-C nanocomposite synthesized by mechanicalmilling [J].Scriptamaterialia，2001，（44）:2457-2462.

[11]Q.Dong，L.Q.Chen，M.J.Zhao.Synthesis of TiCp rein?forced magnesium matrix composites by in situ reactive infiltration process[J].Materials Leaers，2004，（58）：920-926.

[12]P J.Vervort，J.Duszcyzk.Extrusion of Spray Deposited Magnesium Alloys and Composites[A].John V Wood，Proceedings of the Second International Conference on Spray Forming，Cam?brige：Woodhead Publishing Ltd，1993，409-425.

[13]K F.Ho，M.Gupta，T.S.Srivatsan.The mechanical behav?ior ofmagnesium alloy AZ91 reinforced with free copper particu?lates[J].Materials Science and Engineering A369（2004）302-308.

TB331

A

1671-0037（2014）06-84-1.5

李智（1984.11-），助理工程師，研究方向：無機(jī)非金屬材料（耐火材料）。