镁基复合材料制备技术研究现状

李 智 徐瑞雪

（濮阳濮耐高温材料（集团）股份有限公司，河南 濮阳 457100）

镁基复合材料制备技术研究现状

李 智 徐瑞雪

（濮阳濮耐高温材料（集团）股份有限公司，河南 濮阳 457100）

综述了目前镁基复合材料研究中常用的制备方法，介绍了目前常用的搅拌铸造法、熔体浸渍法、粉末冶金法、原位反应自生法和喷射沉积法等制备方法的原理和制备技术。

镁基；复合材料；制备方法

镁合金被誉为“21世纪最具发展潜力的绿色工程材料”[1]。复合材料兼具金属和陶瓷的特性，科学家预言“二十一世纪将是复合材料的时代，它将支撑着科学技术的进步和挑起经济实力的脊梁”。镁基复合材料是继铝基复合材料后的又一具有竞争力的轻金属基复合材料，在航空航天、汽车等领域具有很好的应用前景[2]，已成为材料学者研究重点课题之一。本文针对目前研究镁基复合材料中常用的制备方法进行了综述和归纳。

1 搅拌铸造法

搅拌铸造法是在机械搅拌作用下，把增强体强制引入由搅拌引起的基体熔体漩涡，使增强体充分弥散到基体熔体中，然后浇注成型的一种制备方法，一般分为半固态搅拌铸造、液态搅拌铸造和流变铸造。半固态搅拌铸造可以降低凝固收缩和宏观偏析，增强相分布也比较均匀，而且该工艺成型温度较低，可以避免高温氧化烧损，是最有希望应用于大规模工业生产的工艺。液态搅拌铸造法在搅拌过程中由于产生负压容易吸气而形成气孔。流变铸造是在半固态下加入增强相，升温至液相线以上后搅拌，然后再冷却浇注的生产工艺。

S.Jayala kshimi[3]等人制备了A1203纤维增强AMl00镁基复合材料，采用的方法为搅拌铸造法，但由于铸造过程中出现了许多缺陷如偏聚、孔洞等原因，导致材料的强度降低，呈脆性断裂。美国Dow公司利用机械搅拌铸造法，成功制备了SiCp／镁基复合材料。英国镁电子公司开发了一种搅拌工艺，该工艺能够使增强相颗粒在基体熔体中均匀分布，从而制得性能良好的镁基复合材料。

2 熔体浸渗法

熔体浸透法是先把增强相预制成形，然后将基体溶体倒入，在一定压力或单纯毛细现象下，使金属熔体浸透到预制坯体间隙，达到复合成型目的，包括压力浸渗、无压浸渗、负压浸渗等[4]。压力浸渗是在一定压力，使熔体浸透到预制坯体间隙从而达到复合的目的。无压浸渗是不施加任何压力，仅靠单纯毛细渗透制得的复合材料。负压渗透是靠增强相预制块造成的真空环境产生的负压来实现熔体的浸渗。

Mingyi Zheng[5]等人通过压力浸渗法制备了硼酸铝晶须增强AZ9l复合材料。Hallstech[6]采用负压浸透法制备了A1203短纤维增强镁基复合材料。金头男[7]等人利用压力浸透法制备了SiCw+B4Cp双相增强AZ91镁合金复合材料。

3 粉末冶金法

粉末冶金法是将增强相和基体粉末进行机械混合，并通过模压或者等静压的方法压制成坯体，随后在合金两相区烧结成型的一种制备工艺。粉末冶金法的优点是增强体类型不限制，可以在基体内均匀分布，避免铸造中出现成分偏析，成分可以任意配比，制备过程温度较低，可以避免高温氧化等现象，是目前制备镁基复合材料最常用方法之一。

郗雨林[8]等利用粉末冶金制备了含质量分数为10%的SiC和TC4增强MBl5镁基复合材料。任富忠[9]等利用粉末冶金法制备了碳纤维增强镁基复合材料。wang[10]等应用粉末冶金的方法制备了TiC颗粒增强镁基复合材料。

4 原位反应自生法

原位反应自生法是通过在金属基体中加入合金元素或化合物，在制备复合材料的过程中使其在基体内发生反应，形成一种或几种增强相，从而得到复合材料的一种制备方法。该方法所得的增强相与基体的化学相容性较好，尺寸细小，分布均匀，是目前镁合金复合材料研究的一个热点。

Q.Dong[11]等单相的Ti与C按1：1比例混合均匀后压坯，再把熔融的镁液浸入，制备了TiC颗粒／Mg基复合材料，结果显示在基体中形成了大量TiC颗粒。

5 喷射沉积法

喷射沉积法是把液态金属和增强相在高压惰性气体喷射下雾化，形成熔融的金属喷射流，共同沉积到经预处理的衬底上，快速凝固成型得到镁基复合材料。

Vervoort等[12]采用喷射沉积工艺制备了SiC／QE22复合材料，该复合材料经挤压后具有优良的力学性能。K.F.Ho等[13]制备了铜颗粒增强AZ91基复合材料，复合材料的各项力学性能均明显提高。

6 结束语

镁基复合材料有优异的物理和力学性能，具有广阔的应用前景，但镁基复合材料相比铝基复合材料的力学性能还相差一定距离，如何提高镁基复合材料的强度是目前研究的重点课题。另外，镁是一种非常活泼的金属元素，极易被氧化腐蚀，要提高镁基复合材料的应用，腐蚀问题也是亟待解决的问题。随着科学技术的发展和学者们对镁有更多的认识，这些问题将在不久的将来一一被解决，那时，镁基复合材料的应用将更加广泛。

[1]曾荣昌，柯伟，徐永波，等.镁合金的最新发展及应用前景[J].金属学报，2001，37（7）:673-685.

[2]康鸿跃.Mg2B2O5w／ZK60镁基复合材料时效行为研究[D].成都：成都理工大学，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.粉末冶金法制备硼酸镁晶须增强镁基复合材料的研究[D].天津：天津大学，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]金头男，聂祚仁，李斗星.浸渍／挤压（SiCw+B4Cp）／Mg（AZ91）复合材料的界面特征[J].中国有色金属学报，2002（4）：284-289.

[8]郗雨林，柴东朗，张文兴.粉末冶金制备非连续增强MBl5镁基复合材料时效行为的研究[J].热加工工艺，2005（1）：11-13.

[9]任富忠，高家诚，李伟，等.粉末冶金法碳纤维／Mg复合材料的界面对其力学性能的影响[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

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1671-0037（2014）06-84-1.5

李智（1984.11-），助理工程师，研究方向：无机非金属材料（耐火材料）。