摘要
镁基复合材料因其高强度、高模量、轻质化等优点，在工程应用领域潜力巨大。为进一步提高镁基复合材料的综合性能，特别是力学性能和耐腐蚀性能，晶须增强镁基复合材料近年来逐渐成为研究热点。 本文选择纯镁（Mg）和低稀土镁钆合金（Mg-2Gd）作为复合材料基体，以四针状ZnO纳米晶须（ZnOnw）作为增强相。ZnO晶格常数与Mg非常接近，其纳米晶须具备高强高模、低热膨胀和各项同性的特点，可作为理想的镁基复合材料增强相。本文设计优化了复合材料制备工艺，利用机械球磨法制备预制块，结合半固态熔融机械搅拌工艺，成功制备出ZnO纳米晶须与纯Mg基体复合的xZnOnw/Mg（x=0,0.1,0.5,1.0wt.%）复合材料，以及ZnO纳米晶须与Mg-2Gd基体复合的xZnOnw/(Mg-2Gd)（x=0,0.1,0.5,1.0wt.%）复合材料。同时，本文通过一系列实验与表征，对两个系列复合材料的微观组织、力学性能和耐腐蚀性能开展了系统研究，为镁基复合材料的开发和应用提供了一定的依据。 一方面，在xZnOnw/Mg系列复合材料中，随着ZnO纳米晶须含量增加，挤压态复合材料织构逐渐弱化，晶粒尺寸细化，强度不断提升。当ZnO纳米晶须添加量为0.5wt.%时，复合材料综合力学性能最好。相较于纯Mg，0.5ZnOnw/Mg复合材料屈服强度提升67.9%、抗拉强度提升28.2%，塑性保持不变；同时，0.5ZnOnw/Mg复合材料也表现出了优异的耐腐蚀性能。然而，随着添加量持续增多，过量ZnO纳米晶须（1.0wt.%）容易在基体中形成明显团簇，不利于力学性能进一步提升，也导致了腐蚀性能降低。 另一方面，与xZnOnw/Mg系列复合材料相似，xZnOnw/(Mg-2Gd)系列复合材料中的ZnO纳米晶须及其团簇沿挤压方向分布。随着ZnO纳米晶须含量增加，晶粒尺寸逐渐细化，基面施密特因子逐渐降低，强度逐渐提升。其中，0.5ZnOnw/(Mg-2Gd)复合材料表现出最好的综合力学性能。相较于Mg-2Gd合金，0.5ZnOnw/(Mg-2Gd)复合材料的屈服强度和抗拉强度分别提升了91.5%和36.2%，塑性并没有明显降低。同时，晶粒尺寸和ZnO纳米晶须增强相分散程度也是影响xZnOnw/(Mg-2Gd)复合材料耐蚀性能的主要因素。在0.5ZnOnw/(Mg-2Gd)复合材料中呈现出的细小晶粒尺寸，以及均匀分布的ZnO纳米晶须增强相和第二相，都有利于材料的均匀腐蚀，耐腐蚀性能明显提升。
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