AlN纳米颗粒原位增强镁基复合材料制备及高强韧化理论研究

基本信息
批准号:51771151
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:杨长林
学科分类:
依托单位:西北工业大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:于家康,张斌,赵东辰,王晓波,孙云霞,叶柯
关键词:
凝固纳米颗粒镁基复合材料原位合成镁合金
结项摘要

In order to meet the urgent demands for light-weight high-performance magnesium alloy materials in the fields of automobile and aerospace etc industries, and to improve the strength and plasticity of the conventional magnesium alloys and to reduce the cost of material processing, a precisely designed magnesium alloy melting system without the flux addition is adopted in this project. In terms of gas-solid-liquid reaction mechanism, uniformly distributed, stable and effective AlN nanoparticles as reinforcement phase having the clear and good compatibility interface with the matrix, are formed in Mg-based alloys by in-situ synthesizing methods. Sequentially, a new in-situ nanoparticle reinforced Mg-based composites can be prepared, which have practical engineering value, the as-cast tensile strength of above 300MPa, the as-cast elongation of about 40%, low cost and simple preparation process. On this basis, thermodynamics, kinetics and solute conditions of nanoparticles in-situ forming and uniform distribution will be proposed. By studying the effect of volume fraction, size and distribution of nanoparticles on the matrix alloy composition, grains size and microstructure morphology, the microstructure nature and the strengthening and toughening mechanism of nanoparticle reinforced Mg-based composites will be revealed and a theoretical model to predict the strengthening and toughening effect of nanoparticles will be built. The above researches will optimize the composites microstructure and control mechanical properties of the composites from two aspects of the composite preparation technology and theoretical control of the performance, which will provide the theoretical foundation and technical guidance for the preparation and development of novel Mg-based composites with high strength and high plasticity.

为满足我国汽车、航空航天等领域对轻质高性能镁合金材料的迫切需求,提高传统镁合金材料的强度和塑性,降低材料制备成本,本项目采用精确设计的镁合金无溶剂熔炼系统,以气-液-固反应机制为依据,通过原位反应方法在镁合金中生成均匀分布、稳定有效,且与基体结合良好、界面清洁的AlN纳米颗粒强化相,从而稳定获得具有工程应用价值,铸件拉伸强度高于300MPa,延伸率40%左右,且成本低廉、工艺简单的新型纳米颗粒增强镁基复合材料。在此基础上,研究纳米颗粒原位生成和均匀分布的热力学、动力学及溶质条件,通过研究纳米颗粒体积分数、尺寸和分布等对基体组成及晶粒大小、形貌的影响,揭示该复合材料高强高塑性的微观组织本质和强韧化机制,建立可预测纳米颗粒强韧化的理论模型。上述研究工作将从材料制备技术和性能理论控制两个方面,优化组织和调控材料力学性能,为新型高强高塑性纳米颗粒增强镁基复合材料的制备和发展提供理论依据和技术指导。

项目摘要

为满足我国汽车、航空航天等领域对轻质高性能镁合金材料的迫切需求,提高传统镁合金材料的强度和塑性,降低材料制备成本,本项目重点研究了纳米AlN颗粒原位强化AZ91镁基复合材料制备技术和组织控制及强韧化机理和耐腐蚀性能等指标,设计并提出了获得高强高塑、低成本AlN/AZ91复合材料的制备装置及工艺。取得的标志性成果及主要创新和结论为:(1)研制出了20-50公斤复合材料制备装置,可稳定制备出高强塑性的AlN/AZ91复合材料。其铸态室温抗拉强度230-300 MPa,延伸率17-40%,均显著高于基体AZ91合金。(2)热挤压态AlN/AZ91镁基复合材料T6热处理后,室温拉伸强度和屈服强度大于400 MPa,延伸率大于10%;(3)热挤压态AlN/AZ91镁基复合材料冷轧后,拉伸强度大于400 MPa,屈服强度大于350 MPa,延伸率大于20%;(4)轧制态AlN/AZ91镁基复合材料,室温抗拉强度可达340 MPa,屈服强度大于300 MPa,延伸率大于20%,250℃下断后延伸率超过了60%;(5)200℃,50MPa应力条件下,铸态AlN/AZ91复合材料的疲劳寿命可达401h,是基体AZ91疲劳寿命的3倍,蠕变速率为2.08×10-8/s,比基体AZ91低一个数量级;(6)AlN颗粒的形成不仅没有降低铸态和T6热处理态复合材料的耐腐蚀性能,而且有一定程度提高。(7)AlN/AZ91复合材料的强化机理主要为晶界强化与第二相强化。构建了仅与原位反应时间相关的强度预测模型,可准确预测铸态AlN/AZ91 复合材料的屈服强度。(8)发现了室温下原位AlN 增强相促进锥面<c+a>可动位错形核的实验证据。分析表明AlN 增强相降低了锥面<c+a>位错形核的临界分切应力(CRSS)并有效抑制了锥面<c+a>位错的基面转变,从而能够使大量的锥面<c+a>可动位错在铸态AlN/AZ91 复合材料室温变形过程中被激活。本研究成果解决了当前镁合金及其复合材料存在强度低、塑性差的技术瓶颈,在不提高制备成本和降低耐腐蚀性能的前提条件下提高了AZ91镁合金的强度和塑性,其制备技术可推广应用于AZ19镁合金的改性和应用范围的扩展。本项目的完成可推动我国镁合金及其复合材料的发展水平,为镁合金产业的可持续发展提供技术指导和理论基础。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
3

当归补血汤促进异体移植的肌卫星细胞存活

当归补血汤促进异体移植的肌卫星细胞存活

DOI:
发表时间:2016
4

基于Pickering 乳液的分子印迹技术

基于Pickering 乳液的分子印迹技术

DOI:10.1360/N972018-00955
发表时间:2019
5

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

DOI:10.19964/j.issn.1006-4990.2020-0450
发表时间:2021

杨长林的其他基金

批准号:50901059
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

采用ECAE制备高强韧原位准晶颗粒/镁基复合材料

批准号:50201005
批准年份:2002
负责人:郑明毅
学科分类:E0105
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

CNTs接枝Cf增强镁基复合材料制备及强韧化机理研究

批准号:51575447
批准年份:2015
负责人:周计明
学科分类:E0508
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
3

纳米颗粒和第二相协同增强镁基复合材料的组织调控及强韧化机理

批准号:51771129
批准年份:2017
负责人:聂凯波
学科分类:E0105
资助金额:51.00
项目类别:面上项目
4

原位还原石墨烯增强镁基复合材料的界面行为和强韧化机制

批准号:51761037
批准年份:2017
负责人:袁秋红
学科分类:E0105
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目