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随着全球节能减排和环保要求的日益提高，轻质、高强度的镁合金材料因其优异的综合性能而受到广泛关注。镁合金以其低密度、高比强度和良好的生物相容性等特点，在航空航天、汽车制造、电子通讯等领域展现出巨大的应用潜力。然而，纯镁的强度和硬度较低，限制了其在更广泛领域的应用。为了提高镁合金的性能，颗粒增强金属基复合材料成为了研究的热点。SiC颗粒因其热膨胀系数小、耐磨性好、硬度高及抗氧化性强等特点，且不会与Mg形成稳定的化合物，被广泛用于镁合金的增强相。SiC颗粒与AZ91D镁合金结合，不仅保持了镁合金的轻质优势，还显著提高了其强度和耐磨性。因此，SiC颗粒增强的AZ91D镁基复合材料在制备螺旋桨、导弹尾翼和气缸等方面得到了广泛应用，成为应用镁基复合材料之一。

尽管SiC颗粒增强镁基复合材料展现出了优异的性能，但在实际应用中仍面临一些挑战。首先，SiC颗粒的分散性问题，尤其是纳米SiC颗粒在镁合金熔体中的团聚现象，影响了复合材料的均匀性和力学性能。其次，SiC颗粒与镁合金基体的界面结合性也是影响复合材料性能的关键因素，界面结合不良会导致应力集中和裂纹的形成，从而降低材料的强度和韧性。此外，SiC颗粒的尺寸效应对复合材料的微观组织和力学性能有显著影响，不同尺寸的SiC颗粒对镁合金的晶粒细化作用和强化机制不同，需要深入研究以优化复合材料的性能。因此如何通过改进制备工艺来提高SiC颗粒的分散性和界面结合性，以及如何通过颗粒尺寸的优化来进一步提升复合材料的性能，成为了当前研究中亟待解决的问题。

针对上述问题，太原理工大学的团队利用泽攸科技ZEM20台式扫描电镜进行了深入研究。他们通过半固态机械搅拌法制备了单尺寸和双尺寸SiC颗粒增强的AZ91D镁基复合材料，并详细分析了不同尺寸SiC颗粒对复合材料显微组织和力学性能的影响。该研究旨在优化复合材料的结构和性能，以期通过不同尺寸颗粒之间的协同作用进一步细化晶粒、强化界面结合并提高整体的力学性能，为这类复合材料的实际应用提供理论依据和技术支持，研究成果发表在《特种铸造及有色合金》期刊上。

图 SiC颗粒的表面形貌

论文的主要研究内容围绕单尺寸和双尺寸SiC颗粒对AZ91D镁合金显微组织及力学性能的影响展开。研究人员采用半固态机械搅拌法，以AZ91D镁合金作为基体材料，并引入平均颗粒尺寸分别为10微米和10纳米的SiC颗粒作为增强相，制备了三种类型的复合材料：仅含10微米SiC颗粒、仅含10纳米SiC颗粒以及同时含有两种尺寸SiC颗粒的双尺寸复合材料。通过这种方法，研究团队探索了不同尺寸SiC颗粒在镁基复合材料中的分散性、界面结合特性及其对微观结构和力学性能的影响。

图 AZ91D和不同尺寸SiCp/AZ91D复合材料的显微组织

研究表明，加入SiC颗粒后，复合材料的晶粒得到了显著细化，尤其是纳米级SiC颗粒的添加，由于其高能界面效应促进了新晶粒的形核，从而进一步细化了晶粒结构。此外，SiC颗粒主要沿晶界偏析，这种分布方式有助于限制基体材料的晶粒生长，使得复合材料的晶粒更加细小。对于双尺寸复合材料，研究发现纳米SiC颗粒倾向于以团簇形式分布在微米SiC颗粒周围，这可能是由颗粒之间的黏合或互锁引起的，但并未观察到明显的团聚现象，表明纳米SiC颗粒与基体的结合良好。

图 双尺寸SiCp/AZ91复合材料的SEM显微照片及成分分析

力学性能测试结果显示，SiC颗粒的加入显著提升了复合材料的抗拉强度、屈服强度及伸长率，特别是10纳米SiC颗粒增强的复合材料，其抗拉强度达到了198 MPa，比原始AZ91D合金提高了34.7%，而屈服强度则增加了46.7%。这些提升主要归因于细晶强化、弥散强化和载荷传递机制的共同作用。细晶强化是由于晶粒尺寸减小导致的屈服强度增加；弥散强化是因为SiC颗粒阻碍了位错运动，使得β-Mg₁₇Al₁₂相变得不连续和精细化；载荷传递则是指较硬的SiC颗粒在拉伸过程中保护内部较软的α-Mg基体，从而提高整体的抗拉强度。

图 拉伸试验后双尺寸复合材料的SEM和TEM显微组织

断裂机制分析显示，复合材料的裂纹主要沿着微米SiC颗粒与AZ91D基体的界面扩展，这是因为微米SiC颗粒抵抗塑性变形的能力较高，容易在界面处产生应力集中。相比之下，纳米SiC颗粒与基体之间的界面结合较好，在拉伸过程中没有出现微裂纹，表明其具有更高的界面结合强度和较低的应力集中。该研究不仅揭示了单/双尺寸SiC颗粒对AZ91D镁合金复合材料微观组织和力学性能的具体影响，还为优化复合材料的制备工艺和提升其实际应用性能提供了重要的理论依据和技术指导。

泽攸科技ZEM系列台式扫描电镜是一款集成度高、便携性强且经济实用的科研设备。它具备快速抽真空、高成像速度、多样的信号探测器选择，适用于形貌观测和成分分析，还能适配多种原位实验需求。该设备对安装环境要求低，不挑楼层，操作简单，非专业人士也能快速上手，且购买及维护成本均低于落地式扫描电镜，现已成为许多高校、研究所和企业的选择设备之一。

以上就是泽攸科技小编分享的利用泽攸科技ZEM20台式扫描电镜探究单/双尺寸SiC颗粒对AZ91D镁合金复合材料的影响。更多扫描电镜产品及价格请咨询15756003283(微信同号)。