含陶瓷微球复合泡沫镁的发泡行为控制与性能调控机理研究

The generation, growth process and microstructure variation of Mg2Si will be investigated to analyze the influence mechanism on the foaming behavior of magnesium composite foam, using ceramic microspheres (CM) and AZ31B as the matrix. The reasons about the effect of CM on the deformation mode of composite foams will be studied and the effect of CM on the mechanical properties of the matrix will be investigated. Meanwhile, the forces and failure mode of CM during compression process will also be included. Based on this high porosity composite foams with homogeneous pore size and high strength will be prepared. Besides, the composite foams with ductile fracture will be obtained. The interface relationship between CM and magnesium matrix will be investigated for the establishment of the mathematical model of the composite foams, which can forecast the mechanical property of the foams accurately. Additionally, the corrosion resistance of the foams under as-casting and T6 heat treatment conditions will be evaluated. In addition, the functional mechanism of CM will be explored. Through the mechanical and corrosion resistance experiments mentioned above, the comprehensive assessment results will be obtained, which are significant for the application of the foams as automobile structural materials.

本项目以含空心陶瓷微球（Ceramic Microsphere,CM）复合泡沫镁制备过程中的实际问题为出发点，拟通过研究新生Mg2Si相的产生和长大过程以及微观结构变化来分析CM对复合泡沫镁发泡行为（孔径均匀性和孔隙率）的影响机理；通过研究CM对基体材料力学性能的影响和CM在压缩变形过程中的受力情况与失效形式，找到其改变复合泡沫镁压缩断裂行为的原因；并以此为基础制备高孔隙率、孔径均匀、高强度且压缩变形过程呈塑性断裂的复合泡沫镁；通过研究CM与镁合金基体之间的界面关系，构建能够真实反应复合泡沫镁宏观结构和微观界面结合情况的三维模型，并准确预测其力学性能；通过研究铸态和T6热处理状态下复合泡沫镁在不同环境下的耐腐蚀性能，探究CM的作用机理；通过力学和耐蚀性能分析，综合评价复合泡沫镁作为汽车结构材料应用的可行性。

复合泡沫镁合金是由镁合金、陶瓷颗粒和孔洞复合而成的一种新型多孔材料。与传统泡沫镁合金相比，复合泡沫镁合金具有较高的比强度、比刚度以及优异的吸能减震性能和电磁屏蔽性能，在汽车、建筑、交通、航空航天和国防军事等领域具有广阔的应用前景。然而，目前复合泡沫镁合金发泡过程控制机制、压缩断裂行为和腐蚀机理尚不明确，限制了其推广和应用。为此，本课题采用改进的熔体发泡法，以AZ31B镁合金、空心陶瓷微球（CM）、Ca颗粒和CaCO3粉末为原材料，成功制备了含陶瓷微球的小孔径复合泡沫镁合金。通过制备含陶瓷微球的镁合金复合材料，分析了Mg2Si相在不同保温条件下的形核、长大以及形貌和分布情况的变化规律，并结合Mg2Si相在复合泡沫镁合金中的形貌及其分布情况，澄清了Mg2Si相不仅可以对镁合金熔体进行增粘，更可以作为初生气泡的异质形核质点；在此基础上，采用复合增粘技术制备了含陶瓷微球的小孔径复合泡沫镁合金，通过准静态压缩实验研究了其铸态条件下的压缩断裂行为，构建了其三维结构模型，结合数值模拟计算揭示了空心陶瓷微球、Mg2Si和孔洞对其压缩变形过程、断裂模式的影响，明确了小孔径复合泡沫镁合金的压缩断裂机理；探究了均匀化热处理对小孔径复合泡沫镁合金微观形貌的影响规律，得到了均匀化热处理对小孔径复合泡沫镁合金准静态压缩性能之间的相关性，并分析了其作用机理；在此基础上，采用电化学实验、析氢腐蚀实验和腐蚀形貌观察，研究了小孔径复合泡沫镁合金在NaCl溶液中的腐蚀行为，揭示了均匀化热处理对其腐蚀性能的影响机理，为小孔径、高孔隙率、孔结构均匀的复合泡沫镁合金在腐蚀环境中的推广与应用提供了理论和技术支持。.截至目前，以本项目为基础共发表相关学术论文13篇，其中SCI收录12篇，EI收录1篇；申报/授权国家发明、实用新型专利8件；以第一完成人获得河北省技术发明二等奖1项；培养博士生2名，硕士生4名；参加学术会议8人次，担任分会主席1次，大会报告2次，特邀报告1次。