Синергический эффект по обогащению Mg

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 20053 (2022) Цитировать эту статью

781 Доступов

16 цитат

Подробности о метриках

Сплавы Mg-Al-Zn широко предпочтительны во многих областях применения, учитывая их превосходные свойства: высокое соотношение жесткости к весу, легкий вес, высокое соотношение прочности к весу, низкую плотность, литейные свойства, механические свойства при высоких температурах, обрабатываемость, высокие устойчивость к коррозии и отличное демпфирование. Улучшение свойств таких сплавов является сложной задачей из-за их гексагональной кристаллической структуры и других ограничений легирования. Целью данного исследования является синтез сплава Mg-Al-Zn путем введения легирующих элементов 8,3 мас.% Al, 0,35 мас.% Zn на чистый магний (контрольный образец). Затем синтезируйте гибридный композит Mg-Al-Zn/BN/B4C путем армирования B4C в трех массовых соотношениях (3% масс., 6% масс., 9% масс.) вместе с постоянной твердой смазкой BN (3% масс.) в процессе литья с перемешиванием. Гибридные композитные образцы были охарактеризованы и сравнены с характеристиками контрольного образца. Результаты показывают, что образцы, армированные B4C с концентрацией 9 мас.%, превосходят контрольный образец, зафиксировав улучшение прочности на растяжение на 28,94%, прочности на сжатие на 37,89%, предела текучести на 74,63% и твердости на 14,91%. Кроме того, уменьшилась площадь коррозии (37,81 %) и были отмечены незначительные изменения плотности (увеличилась на 0,03 %) и пористости (уменьшилась на 0,01 %) по сравнению с контрольным образцом. Образцы были охарактеризованы с помощью аппаратов SEM, XRD и EDAX.

Материалы с низкой плотностью становятся все более распространенными в автомобильной, аэрокосмической и морской промышленности из-за их меньшей плотности и более высокой энергоэффективности. По сравнению с другими металлами и сплавами магний и его сплавы вызвали интерес из-за их меньшей плотности и высокой прочности на сжатие. Кроме того, магний пригоден для вторичной переработки, что снижает выбросы CO2, что является еще одной важной причиной для выполнения функциональных задач1. Несмотря на отличные физические свойства, эти материалы имеют ограниченное применение из-за низкой прочности, модуля упругости и износостойкости, высокой реакционной способности и плохого сопротивления ползучести при высоких температурах2. Эти недостатки можно устранить, придерживаясь желаемых методов обработки и добавляя легирующие элементы или армирование3. Основываясь на представленных результатах, керамика, такая как карбид кремния, оксид алюминия, карбид бора, нитрид кремния, диоксид титана, нитрид алюминия, нитрид титана, оксид йеттрия и карбид титана, была использована для упрочнения частиц, состоящих из магниевых композитов4. Керамика армирование может быть инкапсулировано матричным материалом, что приводит к ограничениям. Увеличение массовой доли уникальных керамических армирующих частиц в матричном материале привело к увеличению твердости, плотности, ударной вязкости и хрупкости, но наблюдалось снижение пластичности и относительного удлинения5. Это происходит из-за однородного распределения упрочняющих частиц в матричном сплаве, тогда как агломерация приводит к ухудшению свойств6. Литературные исследования показали, что включение вторичных керамических частиц в исходный материал упрочняет материал за счет уменьшения размера зерна, определяет механические свойства композитов и подтверждается как гибридный композит. Были проведены многочисленные исследования по синтезу гибридных композитов магния с использованием различных методов обработки и армирования7. Метод порошковой металлургии был использован для характеристики характеристик износа магниевых композитов. Введение графита расширило износостойкость гибридных смесей и снизило свойства микротвердости8. Метод полутвердого перемешивания был использован для изучения динамического растяжения магниевых гибридных нанокомпозитов. Было замечено, что скорость деформационного упрочнения различалась при разных температурах, когда для армирования использовались наноразмерный SiC и МУНТ9. Включение частиц SiC эффективно повысило скорость изнашивания синтезированных композитов за счет армирования коротких волокон и литых композитов методом литья под давлением10. Жидкая металлургия использовалась для разработки механических свойств карбида бора и упрочненных магниевых комплексов графита. Введение графита в матричный сплав приводит к снижению характеристик износа11. Микроструктура и физические свойства гибридизированных алюминиевых композитов были исследованы с использованием диборида титана и нитрида бора в качестве упрочняющих компонентов, при этом включение BN имело основную цель повышения смачиваемости и одновременно повышения износостойкости12. На основании литературных данных сделан вывод, что плотность существенно влияет на выбор армирования для синтеза гибридных композитов из магниевых сплавов. В противном случае плотность таких комбинаций увеличится и не будет соответствовать свойствам снижения веса для функциональных применений13. В рамках предлагаемого инновационного исследования для дальнейшего развития гибридных композитов из магниевых сплавов было выбрано керамическое армирование из материалов низкой плотности. Было проведено исследование литературы на предмет пробелов в объяснительных исследованиях, и были обобщены некоторые последствия для этого исследования. Сплавы Mg-Al-Zn имеют гексагональную кристаллическую структуру, которая влияет на фундаментальные свойства, такие как ударная вязкость, гибкость и другие свойства. Кроме того, поверхностная энергия этого материала выше по сравнению с другими легкими материалами, такими как алюминий или цинк. Тем не менее, он обладает меньшей устойчивостью к коррозии и износу, чем алюминий. Также было замечено, что в магниевых сплавах 10 мас.% Al улучшает прочность на разрыв, твердость и литейные качества за счет увеличения упрочнения в твердом растворе, а 0,35% Zn образует фазы MgZn2 вдоль границ зерен, что приводит к превосходному старению и, как обнаружено, обеспечивает улучшенные характеристики. . Однако добавление легирующих элементов ограничено базовым магниевым сплавом, поскольку оно является неотъемлемой частью экологической безопасности материала14. Установлено, что только добавление керамических армирующих частиц, таких как бориды, карбиды и нитриды, улучшает свойства сплавов Mg–Al–Zn. Было обнаружено, что дальнейших исследований смачиваемости карбида и нитрида бора сплавами Mg–Al–Zn в качестве частиц, упрочненных частицами для консолидации гибридизованных композитов, не хватает. Поскольку магний обладает высокой реакционной способностью и при воздействии атмосферы образует оксид магния, это является основным недостатком таких сплавов. Прогнозировалось, что за счет добавления арматуры низкой плотности к сочетанию различных базовых материалов плотность композита восстанавливается, а его механические свойства заметно улучшаются15. Буквальный анализ показал, что включение армирования B4C с частицами разного размера приводит к более высокой механической прочности материала. Тем не менее, армирование BN ограничено, несмотря на более низкую плотность, чем B4C16. Было также сделано заключение, что карбид бора и нитрид бора не были широко исследованы в качестве частиц, упрочненных частицами, для консолидации гибридного композита на основе сплава Mg-Al-Zn. Рекомендуемые для армирования частицы имеют меньшую плотность — 2,5 г/см3 и 2,1 г/см3 для карбида и нитрида бора, чем другие керамические армирующие материалы. Благодаря добавлению этой комбинации армирования в различные базовые материалы плотность конечного материала (композита) была восстановлена, а его механические свойства еще больше улучшены. Эффекты усиливают свойства сплава Mg-Al-Zn (91,35 мас.% чистого магния, 8,3 мас.% алюминия, 0,35 мас.% цинка) за счет армирования B4C на трех уровнях (3 мас.%, 6 мас.%, 9 мас.%) с постоянным твердая смазка BN 3% масс. пока еще не сообщалось. Поскольку BN имеет пластинчатую структуру, подобную дисульфиду молибдена и графиту, по сравнению с ними он является лучшей твердой смазкой. Из-за этого фактора BN предпочтителен в качестве вторичного армирования, и его процентный вес в настоящем исследовании остается постоянным. Таким образом, данное исследование посвящено синтезу, характеристике и испытанию образцов гибридных композитов Mg-Al-Zn/BN/B4C и сравнению их характеристик с синтезированными в виде литого сплава Mg-Al-Zn (контрольные образцы).