[01810932]原生碳化物/石墨烯增强镁基复合材料强韧化及其机制

课题来源：青海省科技厅项目国际科技合作计划（2015-HZ-811） 研究目的与意义：我国是镁资源大国,原镁产量居世界首位,占全球产量的40%。尤其在我省盐湖亚区,镁资源储量和浓度都居我国四大湖区之冠,其中察尔汗盐湖镁盐储量占全国镁盐资源的74%。因此,研究与开发高性能镁基复合材料,拓宽其应用领域,并取得自主知识产权,将大幅提高我国相关行业的国际竞争力,这对实现西部资源高附加值利用,将资源优势转化为技术与经济优势具有重要意义。由于镁合金具有低的密度和高的比强度,因此其在电子产品、交通工具以及航空航天等领域有着广泛的应用前景。但是因其较低的弹性模量、较差的冷加工性、低的韧性和强度,从而限制了其实际应用。大量研究表明,通过加入颗粒增强相制备颗粒强化镁合金基复合材料,可有利于提高复合材料的比强度及硬度。但目前已有报道中,具有优良综合力学性能的镁基复合体系较少。针对已有工艺的不足,本项目采用较有利于规模化生产的工艺技术进行组合,开发出了兼具高强度、高韧性的原生碳化物/石墨烯增强镁基复合材料,为进一步开发高性能镁基复合材料及其高附加值产品提供了较好的理论及技术基础。 技术过程及原理：本项目利用高能球磨结合煅烧工艺原位碳化反应生成微/纳米级的高硬度碳化物,再将其与镁合金粉体在液态介质中搅拌混合均匀,然后将湿态混合粉体进行烘干,在对其进行加热高压压实,得到致密的复合坯料;进一步对复合坯料进行低温真空烧结,以增加复合块体的致密度及结构强度;最后,对热压烧结得到的复合块体进行热挤出,以进一步使复合材料致密化;通过上述工艺,最终获得具有优良综合力学性能的原位微/纳米级碳化钛/碳化钒/碳化镍/碳化钽颗粒增强镁基复合材料。 性能指标方面：（1）本项目制备的亚微米级TiC颗粒增强AZ91镁基复合材料,与纯基体材料相比,最大拉伸强度由368MPa提高至546MPa,屈服强度由301MPa提高至514MPa,同时保持了较好的塑性（6.2%）;（2）本项目制备的亚微米级WC硬质相增强镁基复合材料,其拉伸和压缩的屈服强度分别达到365MPa和453MPa,最大拉伸和压缩强度分别为398MPa和580MPa,最大伸长率及压缩率分别为8.3%和14.5%;（3）本项目制备的纳米-亚微米级TaC硬质相增强镁基复合材料,其最大拉伸与压缩强度分别为370MPa和600MPa,屈服强度分别为351MPa和418MPa,最大伸长率及压缩率分别为8.9%和15.2%;（4）本项目制备的石墨烯增强镁基复合材料,其压缩的屈服强度及最大压缩强度分别达到494MPa和550MPa,最大压缩率达到11.4%。取得成果、技术的创造性与先进性：本项目采用较研发的原生碳化物/石墨烯增强镁基复合材料及产品,复合材质抗拉强度在350MPa-650MPa可调,最大延伸率范围5%-18%,综合性能指标能显著优于其纯基材。与已有报道文献中的相似复合体系相比,本项目所制备的微/钠米级碳化物颗粒增强镁基复合材料也表现出较优异的综合力学性能。 应用（推广）情况及存在的问题：本复合材料的制备主要是在实验室条件下完成的,技术比较成熟,安全可靠,但是针对特定应用领域及批量化产品生产,尚需进一步技术论证及工艺开发。知识产权情况及论文发表情况:发表学术论文6篇,其中SCI收录5篇;申请国家发明专利4件;培养硕士研究生3名;引进博士1名;培养青年教师2名。