协同界面设计与双相沉淀技术用于制备高强度、高导热性的Mg-Zn-Al/MWCNT复合材料

《Materials Characterization》：Synergistic interfacial design and dual-phase precipitation for high-strength, high-thermal-conductivity Mg-Zn-Al/MWCNT composites

Mg-Zn-Al基复合材料通过粉末冶金与时效处理制备，研究Al含量和MWCNT添加量对微观结构、力学性能及热导率的影响。发现MWCNT均匀分散并形成部分插入界面，时效后析出β1'相和准晶I相，Al含量>1.5wt%时主导相转为I相。力学性能方面，Mg-6Zn-1.5Al/0.4MWCNTs合金屈服强度达296MPa，较纯Mg合金提升39%，抗拉强度371MPa，热导率保持101.4W/(m·K)。性能提升源于MWCNTs优异界面结合和载荷传递，以及β1'相与I相协同强化效应，Al含量影响相组成和织构强化。

　　

Jiangtao Hou|Wenbo Du|Siqing Feng|Xin Xu|Cheng Liu|Yiming Li|Langxiang Zhong|Yujia Xu|Yunhao Kang

安徽应用技术大学汽车工程学院，中国

摘要

在本研究中，采用粉末冶金工艺并结合时效处理方法制备了以多壁碳纳米管（MWCNTs）增强的Mg-Zn-Al基复合材料。研究了Al含量和MWCNT添加量对复合材料微观结构、力学性能和导热性能的影响。结果表明，MWCNTs在基体中均匀分散，并在它们与Mg基体之间形成了部分插入型（PI）界面。经过时效处理后，复合材料中的沉淀相主要由β'相和二十面体准晶相（I相）组成；当Al含量超过1.5 wt%时，主要沉淀相从β'相转变为I相。力学性能测试表明，经过时效处理的Mg-6Zn-1.5Al/0.4MWCNTs复合材料的抗拉屈服强度和抗拉强度分别为296 MPa和371 MPa，比纯Mg-6Zn合金分别提高了39%和25%。同时，该复合材料仍保持较高的导热性能，为101.4 W/(m·K)。其优异的力学性能主要归因于分散良好的MWCNTs所实现的高效载荷传递作用以及强界面结合，此外还得益于双重沉淀相的协同强化效应、Al诱导的晶粒细化作用。复合材料的良好导热性能则是由于MWCNTs加速了自由电子的迁移，并缓解了β'相和I相沉淀在Mg基体中引起的晶格畸变。