CN104148608B - 一种基于超声制备半固态Mg2Si颗粒增强Mg-Al-Mn复合材料流变模型的建立方法 - Google Patents

Abstract

一种基于超声制备半固态Mg₂Si颗粒增强Mg‑Al‑Mn复合材料流变模型的建立方法，1)用超声振动法，制备Mg₂Si颗粒增强Mg‑Al‑Mn复合材料半固态浆料；2)超声条件下得出Mg₂Si颗粒增强Mg‑Al‑Mn复合材料表观粘度与Mg₂Si增强相体积分数、固相率的关系，用η_mmc/η_m＝(1+af_Mg2Si+bf² _Mg2Si)表达；3)在基体材料的表观粘度测量基础上，η_m＝Aexp(Bf_s)，其中B为常数项，f_s为固相率，A为关于超声功率的幂函数；参数A采用A＝cP^‑d式子进行表达，其中c，d为常数项，P为超声功率；4)根据2)、3)得出流变模型：η_mmc＝cexp(Bf_s)P^‑d(1+af_Mg2Si+bf² _Mg2Si)。本发明可以获得超声制备的半固态Mg₂Si颗粒增强Mg‑Al‑Mn复合材料的流变特性，对于优化流变成形工艺参数具有重要意义。

Description

一种基于超声制备半固态Mg2Si颗粒增强Mg-Al-Mn复合材料流 变模型的建立方法

技术领域

本发明属于金属基复合材料成形领域。

技术背景

流变成形是利用剧烈搅拌等方法制备出预定固相分数的半固态金属浆料，并对半固态浆料进行保温，将该半固态金属浆料直接送往成形设备进行铸造或锻造成形的工艺方法。近年来，学术界和商业界都普遍关注流变成形技术，该工艺具有低能耗、工艺流程短、设备简单等特点，能够容易被中小型生产企业所接受，被认为具有较好的工业应用前景。

半固态浆料的流变特性是影响其流动成形的重要因素之一，流变性能的好坏直接决定了流变成形件的质量。然而，由于浆料的流变行为具有很强的动态性和非线性，所以半固态浆料流变特性的研究也是半固态成形领域的一个难点。因此，对半固态浆料的流变特性进行研究，并建立相关流变方程可进一步描述半固态浆料的流变行为，促进对半固态成形过程的研究。

在流变研究领域，常用表观粘度来定量表征浆料的流变特性，表观粘度值越小，则浆料的流动性越好。目前，对半固态浆料表观粘度的研究主要集中在机械搅拌法、电磁搅拌法或是等温热处理法制备的半固态浆料，超声振动法制备半固态浆料是近期发展起来的新技术，利用超声引起熔体的对流，从而达到对浆料的剪切效果，获得细小的非枝晶半固态组织；此外，超声振动可使复合材料中的增强相分散更加均匀，且能提高增强相与基体的润湿性，从而进一步提高复合材料的综合性能；但对超声法制备的半固态复合材料浆料的表观粘度的研究还没有，因此研究超声法制备的半固态复合材料浆料的流变特性有利于获得高质量的成型件。

发明内容

本发明的目的是为了建立超声法制备半固态Mg₂Si颗粒增强Mg-Al-Mn复合材料的流变模型，为半固态Mg₂Si颗粒增强Mg-Al-Mn的流变成形数值模型提供可靠依据。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种基于超声制备半固态Mg₂Si颗粒增强Mg-Al-Mn复合材料流变模型的建立方法，包括如下步骤：

1)利用超声振动法，制备Mg₂Si颗粒增强Mg-Al-Mn复合材料半固态浆料；

2)在超声条件下通过实验得出Mg₂Si颗粒增强Mg-Al-Mn复合材料表观粘度与Mg₂Si增强相体积分数、固相率的关系，并采用η_mmc/η_m＝(1+af_Mg2Si+bf² _Mg2Si)式子进行表达，其中η_mmc为复合材料的表观粘度，η_m为基体的表观粘度，f_Mg2Si为Mg₂Si的体积分数，a，b为常数项；

3)在基体材料的表观粘度测量基础上，采用η_m＝Aexp(Bf_s)式子进行表达，其中B为常数项，f_s为固相率，A为关于超声功率的幂函数；参数A采用A＝cP^-d式子进行表达，其中c，d为常数项，P为超声功率；

4)根据步骤2)、3)得出Mg₂Si颗粒增强Mg-Al-Mn复合材料的流变模型：

η_mmc＝cexp(Bf_s)P^-d(1+af_Mg2Si+bf² _Mg2Si)。

本发明的有益效果：本发明可以获得超声制备半固态Mg₂Si颗粒增强Mg-Al-Mn 复合材料的流变特性，对于优化流变成形工艺参数具有重要意义。

附图说明

图1为本发明Mg₂Si颗粒增强Mg-Al-Mn复合材料表观粘度计算值和实测值。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明建立超声制备的半固态Mg₂Si颗粒增强Mg-Al-Mn复合材料流变模型的方法，包括以下步骤：

1)实验以AM60合金(Al 5.95，Zn 0.008，Mn 0.387，Si 0.03，余量为Mg，质量分数，下同)为基体，通过向基体合金中加入Al-Si中间合金，采用超声振动法制备半固态Mg₂Si/AM60镁基复合材料浆料。

2)在超声作用下，测量出Mg₂Si/AM60复合材料表观粘度，确定其与Mg₂Si增强相体积分数、固相率的关系。表1为镁基复合材料表观粘度η_mmc与固相分数f_s和超声功率P关系的实验结果，并采用η_mmc/η_m＝(+bf_Al2Y+1)式子进行拟合，其结果为：η_mmc/η_m＝(1+25.1f_Mg2Si+110.7f² _Mg2Si)

表1 Mg₂Si/AM60复合材料表观粘度(η_mmc)与Mg₂Si增强相体积分数(f_Mg2Si)、固相率(f_s)的关系

3)在基体材料的表观粘度测量基础上(表2为AM60表观粘度η_m与超声功率P 和固相分数f_s之间的关系)对实验数据采用η_m＝Aexp(Bf_s)式子进行拟合，其中B为常数项，f_s为固相率，参数A是关于超声功率的幂函数；参数A采用A＝cP^-d式子进行拟合，其中c，d为常数项，P为超声功率；拟合结果为：A＝32.56P^-0.3855；η_m＝32.56P^-0.3855exp(2.552f_s)

表2 AM60表观粘度η_m与超声功率P和固相分数f_s之间的关系

4)将步骤2)、3)得出的结果代入

η_mmc＝cexp(Bf_s)P^-d(1+af_Mg2Si+bf² _Mg2Si)中，整理得出半固态Mg₂Si/AM60镁基复合材料的流变模型：

η_mmc＝32.56exp(2.552f_s)P^-0.3855(1+25.1f_Mg2Si+110.7f² _Mg2Si)

对含1.25vol％Mg₂Si复合材料和5.0 vol％Mg₂Si复合材料的计算值与实验值对比结果，见图1，发现计算结果与实验结果吻合良好，表明流变模型精度高。

Claims (1)

1.一种基于超声制备半固态Mg₂Si颗粒增强Mg-Al-Mn复合材料流变模型的建立方法，其特征是包括如下步骤：

1)以AM60合金为基体，通过向基体合金中加入Al-Si中间合金，利用超声振动法，制备Mg₂Si颗粒增强Mg-Al-Mn复合材料半固态浆料；所述AM60合金以质量分数计组成如下：Al5.95％，Zn 0.008％，Mn 0.387％，Si 0.03％，余量为Mg；

2)在超声条件下通过实验得出Mg₂Si颗粒增强Mg-Al-Mn复合材料表观粘度与Mg₂Si增强相体积分数、固相率的关系，并采用η_mmc/η_m＝(1+af_Mg2Si+bf² _Mg2Si)式子进行表达，其中η_mmc为复合材料的表观粘度，η_m为基体的表观粘度，f_Mg2Si为Mg₂Si的体积分数，a，b为常数项；

3)在基体材料的表观粘度测量基础上，采用η_m＝Aexp(Bf_s)式子进行表达，其中B为常数项，f_s为固相率，A为关于超声功率的幂函数；参数A采用A＝cP^-d式子进行表达，其中c，d为常数项，P为超声功率；

4)根据步骤2)、3)得出Mg₂Si颗粒增强Mg-Al-Mn复合材料的流变模型：

η_mmc＝cexp(Bf_s)P^-d(1+af_Mg2Si+bf² _Mg2Si)；

对含1.25vol％Mg₂Si复合材料和5.0vol％Mg₂Si复合材料的计算值与实验值对比，发现计算结果与实验结果吻合良好，流变模型计算精度高。