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镁基环氧板材料的界面对其力学性能影响较大。以碳纤维增强镁基复合材料为例,由于碳纤维直径很小,界面面积占有很大比例,界面起着重要的作用,而且碳纤维和基体形成的体系一般处于热力学不平衡状态。在600"C左右可能有MgC2、Mg2C3 存在,但它们极其不稳定,易分解,可以认为碳、镁之间是化学惰性。但是,基体中的添加元素会使界面结构变得复杂。一方面添加元素和碳纤维在界面处发生一定的物理化学反应,另方 面添加元素会在基体内部发生反应,而这些反应产物又易于在界面析出。由于碳纤维的石墨化程度不同,其在镁基环氧板材料中存在着两种不同类型的界面结构。石墨化程度较低的碳纤维,其CrMg界面处有一层比基体晶粒小得多的细小晶粒层。当石墨化程度较高时,界面处不存在细小晶粒层,而是结合良好的平直光滑界面。
真空压力浸渗制备的Cr/ZM-5复合材料,界面存在明显的铝元素富集,并有析出相Mg1-A12,但界面没有化学反应的迹象;对纤维施以SiO2涂层后,界面上有MgO生成。纤维的表面处理可以提高界面剪切强度,但会显著降低拉伸强度;界面析出相受界面残余应力的影响。不同的制备工艺、涂层处理以及碳纤维的表面处理都会产生不同的界面相,改变碳/镁的界面结合状况,最终影响环氧板材料的性能。
要使镁基复合材料达到最佳界面结合,-般采取以下措施:
(1)在镁基环氧板材料中添加合适的化合物或元素。有利的化学反应可以提高界面的结合强度,使复合材料得到强化。挤压铸造法制备的SiC晶须增强AZ91复合材料的界面,发现添加了Al(PO3)3黏结剂时,粘结剂和镁在界面处发生一定的化学反应生成MgO,MgO在界面处半共格析出在一-定程度 上降低了界面能,提高了界面结合强度。
(2)选择合适镁基复合材料的制备工艺。制备温度的降低和凝固时间的缩短可在一-定程度上抑制镁基环氧板材料界面反应,改善界面结构。例如,在制备SiC纤维增强ZMs镁基合金的工艺中,复合材料界面的形貌,Mg17Al12 相的形状和大小与纤维的预制温度有关,随着预制温度的升高,Mg17A12相析出量增加且形状由细针状转为粗针状或块状,同时界面的结合强度降低。
(3)对增强体进行表面涂层。表面涂层可优化增强体和镁的界面结合状态,以达到提高界面性能的目的。氧化的SiC晶须增强镁基环氧板材料中,由于晶须表面的SiO2 与镁反应,在界面析出MgO细晶过渡层,改善了SiC晶须与镁基体之间的结合状态。
需指出添加元素一方面可改善浸渗性能,但另一方面会在界面区发生一定的物理化学反应,使得界面区域的结构变得复杂、难以控制。