SiC/ZK60复合材料高温微观结构演变特性与热加工性能优化研究

针对镁基复合材料(Mg matrix composites, MMCs)热加工性能差、微观缺陷多的问题，研究人员通过热压缩实验(250-400 °C/0.01-10 s-1)系统研究了SiC/ZK60复合材料的动态再结晶(DRX)机制与变形行为。发现颗粒诱导形核(PSN)和连续动态再结晶(CDRX)为主导机制，并确定了280-360 °C/0.01-0.1 s-1的安全加工窗口，为高性能MMCs制备提供理论指导。

　　

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镁合金因其轻量化优势在航空航天领域备受关注，但传统镁合金强度不足的缺陷制约了其应用。通过添加碳化硅(SiC)等增强颗粒制备的镁基复合材料(Magnesium Matrix Composites, MMCs)虽能提升力学性能，却面临颗粒团聚、热加工窗口窄等挑战。特别是搅拌铸造或粉末冶金法制备的复合材料存在孔隙、偏析等缺陷，导致铸态材料强韧性下降。更棘手的是，陶瓷颗粒与镁基体的界面不协调性会引发局部塑性流动，甚至产生裂纹。如何通过热塑性变形改善微观结构、拓宽加工窗口，成为突破MMCs应用瓶颈的关键。

针对这一难题，中国的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表论文，创新性地采用预分散工艺制备SiC/ZK60复合材料，通过250-400 °C温度范围、0.01-10 s^-1应变速率的热压缩实验，结合电子背散射衍射(EBSD)等技术，系统揭示了该材料的动态再结晶(Dynamic Recrystallization, DRX)机制与热变形规律。

研究主要运用了四项关键技术：真空球 milling预分散纳米SiC与微米Al粉、冷压烧结制备复合材料坯料、多参数热压缩实验模拟工业加工条件，以及基于EBSD的晶粒取向与变形机制分析。通过构建热加工图(Processing Map)并与宏微观形貌关联，建立了工艺参数-组织性能的定量关系。

初始微观结构特征
铸态复合材料经固溶处理后呈现188.1 μm的等轴晶，SiC颗粒主要分布于晶界。XRD检测显示基体为纯Mg相，Zn/Al元素固溶于基体，形成清晰晶界。这种初始组织为后续热变形过程中的DRX行为研究提供了基准。

变形参数对DRX机制的影响
研究发现DRX晶粒体积分数和尺寸随温度升高或应变速率降低而增加，但显微硬度呈反向变化。在250-350 °C区间，颗粒刺激形核(Particle Stimulated Nucleation, PSN)和连续动态再结晶(CDRX)是主导机制，SiC颗粒优先诱发形核；当温度超过350 °C时，不连续动态再结晶(Discontinuous DRX, DDRX)贡献显著增强。值得注意的是，拉伸孪晶虽在变形初期大量出现，却未促进DRX形核，这与传统镁合金的孪生诱导再结晶(Twin DRX)机制截然不同。

变形模式演变规律
EBSD分析揭示了温度对变形机制的调控作用：应变未达DRX临界值时，孪生主导初始变形；超过临界应变后，粗晶内多滑移系协同变形，而细晶内则以单滑移为主。特别在350 °C以上，锥面滑移(pyramidal slip)激活概率显著提升，这种温度依赖的滑移系转换行为为理解MMCs高温塑性提供了新视角。

颗粒分布与性能关联
压缩试样中颗粒簇沿垂直压缩方向流线化分布，形成颗粒富集区与贫乏区的微观梯度结构。硬度测试表明，颗粒富集区因位错增殖效应表现出更高硬度，这种非均匀强化现象为复合材料设计提供了微观调控思路。

优化热加工窗口
综合热加工图与组织分析，研究确定了两个安全加工区间：280-360 °C/0.01-0.1 s^-1适用于高精度成形，350-360 °C/<1 s^-1适合大变形量加工。该成果不仅解决了SiC/ZK60复合材料热加工参数模糊的问题，更通过阐明PSN与CDRX的协同作用机制，为开发高强度-高塑性MMCs提供了理论支撑。

这项研究由Yinghao Feng、Chaoyang Sun等学者合作完成，其创新性体现在三方面：首次系统揭示了SiC颗粒对ZK60合金DRX机制的调控规律；建立了温度-应变速率-组织性能的定量关系模型；提出的预分散工艺有效解决了纳米颗粒团聚难题。这些发现对推动镁基复合材料在轻量化结构件中的应用具有重要指导意义。