空心微珠/AZ91镁基复合材料的制备与组织性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yp7611
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本文旨在利用空心微珠的特殊的中空球状结构,改善基体镁合金的电磁屏蔽性能。采用半固态搅拌铸造的方法制备了空心微珠质量分数分别为5%、10%、15%的镁基复合材料。分析了搅拌时间对空心微珠分布的影响,确定了复合材料制备的最优工艺。对复合材料进行组织观察,分析了空心微珠在基体合金中的分布情况以及与基体合金的界面结合情况。研究了空心微珠的加入对复合材料的硬度、拉伸以及压缩强度的影响,并对材料在不同条件下的摩擦磨损性能以及电磁屏蔽效能进行测试;研究结果表明,空心微珠在基体中均匀分散,无明显团聚,合金能通过空心微珠表面的孔洞,渗入合金内部,空心微珠与基体合金之间发生化学反应,导致空心微珠的结构受到破坏,空心微珠的球壁变薄甚至破碎,无法保持球状结构。空心微珠质量分数较低时,与基体合金发生反应,生成弹性模量较高的第二相,材料的拉伸强度增加,而空心微珠质量分数的增加,导致基体合金之间的连接被阻断,材料的抗拉强度下降。硬度和压缩强度随着空心微珠质量分数的增加而增加。在不同载荷以及转速的测试条件下,空心微珠质量分数低的材料耐磨性得到提高,体积分数较高的复合材料由于空心微珠的脱落,摩擦磨损性能下降。并且在不同条件下,不同的磨损形式起主导作用。对合金及复合材料在30KHz~1.5GHz电磁频率范围内测试其屏蔽效能。结果显示,由于结构受到损坏,复合材料的电磁屏蔽性能与合金相当。通过氢氧化钙与空心微珠外表面的化学反应,对空心微珠的表面进行包覆,在微珠表面生成了颗粒状的硅酸盐。制备得到的镁基复合材料中,空心微珠的结构完整性得到改善,反应产物的数量减少,合金能够进入微珠内部,在内部反应产生反应产物。材料的抗拉强度与合金相比得到了提高,延伸率降低。进行摩擦磨损试验分析,结果表明,与合金相比,耐磨性提高,但是低于同质量分数的未处理的空心微珠制备的复合材料。对包覆后空心微珠制备的复合材料在30KHz~1.5GHz电磁频率范围内测试其屏蔽效能。结果表明,与基体合金以及未处理微珠制备的复合材料相比,材料电磁屏蔽性能得到大幅提高,经过平均化处理,结果显示,包覆处理的空心微珠制备的复合材料的电磁屏蔽效能为79~82dB。与基体金属以及未包覆处理空心微珠制备的复合材料提高了2~10dB。尤其在高频区,提升幅度更高。但是三种材料的屏蔽效能均随着电磁波频率的增加而降低。加入不导电的空心微珠后,材料的导电性下降,表面对于电磁波的反射作用减弱,电磁屏蔽效能得到提高的原因主要在于空心微珠的结构完整性,增强了对于入射电磁波的吸收以及在材料内部的反射程度,使材料的电磁屏蔽效能提高。在高频区,由于电磁波能量增加,穿透性增强,屏蔽效能降低。
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