论文部分内容阅读
本文围绕Ni基非晶纤维增强镁基复合材料的制备及界面研究。制备了满足力学性能的Ni60.96Nb19.26Ta19.78非晶纤维,分析了不同工艺参数对Ni基非晶纤维增强镁基复合材料浸渗质量的影响,优化了工艺参数,制备了Ni基非晶纤维增强镁基复合材料。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）、电子万能试验机等分析测试手段,对镁基复合材料的微观组织及力学性能进行研究,分析了界面结合状态对镁基复合材料力学性能的影响机制。采用真空电弧熔炼及熔体抽拉法制备了Ni60.96Nb19.26Ta19.78纤维。利用SEM、TEM、XRD、DSC、万能试验机等分析测试手段,确定了制得的Ni60.96Nb19.26Ta19.78纤维为非晶态,纤维直径约为50μm,截面圆度高,表面光滑,无明显瑞利波和沟槽。其玻璃转变温度Tg=661℃,初始晶化温度Tx1=704℃,其过冷液相区ΔTx=43℃。Ni60.96Nb19.26Ta19.78非晶纤维的平均断裂强度为2894.96 MPa,延伸率为1.68%。利用自行设计的设备,采用挤压铸造法制备了Ni基非晶纤维增强镁基复合材料。研究了不同工艺参数对Ni基非晶纤维增强镁基复合材料致密度的影响。结果表明,镁基复合材料的致密度随保压时间的延长、熔体温度的升高及熔体温度与非晶纤维预热温度差减小而逐渐增大。其中,保压时间对镁基复合材料致密度的影响最大,其次是熔体温度,最后是熔体温度与非晶纤维预热温度差。得出制备Ni基非晶纤维增强镁基复合材料最优工艺参数为:熔体温度T1=680℃、非晶纤维预热温度T2=680℃、保压时间t=10min。应用SEM、TEM分析了Ni基非晶纤维与镁基体的界面结合状态。温度适中,Ni基非晶纤维与镁合金基体界面处出现厚度约为4μm的Al/Ni化合物界面反应层;纤维边缘内形成了2μm厚的扩散层,扩散层内形成少量的Mg/Ni化合物,Ni基非晶纤维仍然保持非晶态。温度过高,界面处出现厚度约为15μm的Al/Ni化合物界面反应层;纤维边缘内形成了4μm厚的扩散层,扩散层内形成少量的Mg/Ni化合物,Ni基非晶纤维部分晶化。应用电子万能试验机对镁基复合材料进行力学性能分析。熔体浇注温度为680℃时,添加了4vol%的Ni基非晶纤维后镁基复合材料抗拉强度由129MPa增加到到227MPa,提高了76%;熔体浇注温度为700℃时,添加了4vol%的Ni基非晶纤维后镁基复合材料抗拉强度由134MPa增加到到199MPa,提高了48.5%;温度适中,界面结合强度适中,使镁基复合材料在加载时,裂纹萌生后可以通过界面传递载荷,应力集中因为界面脱粘及镁基体塑性变形而得到松弛,让裂纹能够停止扩展,断口表现界面脱粘及纤维拔出现象。从而充分发挥了Ni基非晶纤维的增强作用,使镁基复合材料的抗拉强度得到提高。温度过高,界面反应物增多,纤维晶化,反而降低了Ni基非晶纤维增强镁基复合材料性能,断口平整。