摘要
镁合金是目前工程应用中最轻的金属结构材料，具有高比强度和比刚度、良好的电磁屏蔽性以及优良的加工性和可回收性等优点，在汽车、航空航天及电子通讯等领域具有广泛的应用前景，被誉为“21世纪绿色工程材料”。但是，绝大多数工业镁合金的绝对强度低、耐热性能差，极大地限制了其应用范围。本文提出机械球磨和塑性致密化工艺相结合的方法，在AZ31镁合金中引入具有高熔点、高硬度的超细TiB2颗粒，制备出了细晶AZ31/TiB2镁基复合材料，实现了镁基复合和细晶强化的协同强化，提高了材料的强度和耐热性能。 研究了机械球磨制备纳米晶AZ31/TiB2镁基复合粉末工艺，探索了TiB2含量及球磨工艺参数对AZ31/TiB2镁基复合粉末微观组织结构的影响，确定了合理的球磨工艺参数区间，实现了镁基体组织的纳米晶化和TiB2增强颗粒的弥散分布，并揭示了镁基体晶粒的细化规律及机理。 利用黄培云双对数压制方程研究了不同TiB2含量及不同球磨时间下复合粉末的压制特性，发现随着球磨时间的增加，复合粉末硬化指数逐渐减小，而压制模量逐渐增大。通过冷压坯的硬度实验，发现机械球磨制备的AZ31/TiB2镁基复合粉末都具有较高的硬度，其中TiB2含量为10wt.%纳米晶AZ31/TiB2镁基复合粉末的硬度达到了153HV，远高于原始AZ31镁合金的硬度(52HV)。 研究了纳米晶AZ31/TiB2镁基复合冷压坯的组织热稳定性，发现晶粒的长大规律符合晶粒长大动力学方程，TiB2含量为2.5wt.%、5wt.%和10wt.%的复合材料的晶粒长大方程分别为D7-D07=kt，D8-D08=kt和D8-D08=kt，晶粒长大激活能分别为123.5kJ/mol、131.6kJ/mol和134.2kJ/mol。 采用真空热压烧结和热挤压相结合的方法制备了晶粒尺寸为2μm左右的细晶AZ31/TiB2挤压棒材。通过室温拉伸测试可知，TiB2含量为2.5wt.%、5wt.%和10wt.%的AZ31/TiB2镁基复合棒材的室温抗拉强度分别达到了297MPa、312MPa和320MPa，断裂延伸率分别为14.9%、15.5%和13.7%。此外，通过复合材料强化机制的理论计算，发现细晶强化和热错配强化为主要的强化机制。 分析了热挤压处理后的AZ31/TiB2镁基复合棒材的高温力学性能，发现随着TiB2含量的增加，材料的性能得到了明显改善，其中TiB2含量为10wt.%的复合材料具有最高的强度，其抗拉强度为52MPa，相较于原始AZ31增加了26%左右。而TiB2含量为5wt.%的复合材料具有最好的塑性，断裂延伸率达到了45.9%，相较于原始AZ31增加了156%。
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