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石墨烯含量对半固态注射成型制备镁基复合材料组织性能的影响OA

Effect of Graphene Content on the Microstructure and Properties of Magnesium Matrix Composites Fabricated by Semi-Solid Injection Molding

中文摘要英文摘要

基于半固态注射成型技术制备了不同石墨烯纳米片(GNPs)含量的镁基复合材料,系统研究了GNPs含量对复合材料微观组织、界面结构及力学性能的影响规律.以AZ91D镁合金为基体,分别制备了GNPs质量分数为0.3%、0.6%和0.9%的复合材料.采用光学显微镜观察晶粒形貌,利用扫描电子显微镜表征GNPs的分散状态及失效方式,采用透射电子显微镜分析GNPs与基体的界面结构.结果表明,适量GNPs可显著细化晶粒.GNPs质量分数从0.3%增加到0.6%时,平均晶粒尺寸由5.5 μm减小至3.5 μm.GNPs质量分数由0.6%增加至0.9%时,复合材料的平均晶粒尺寸Sg由3.5 μm增加至4.2 μm.0.6%复合材料中GNPs呈薄片状均匀分布在晶界及晶内,TEM分析显示其与镁基体形成良好的界面结合.GNPs的失效形式在断裂时分为脱粘和断裂两种.半固态注射成型过程中,螺杆剪切作用可有效实现GNPs的均匀分散,避免了团聚;同时,均匀分散的GNPs显著提升了复合材料力学性能,抗拉强度提升了21.7%.本研究揭示了镁基复合材料中GNPs的分散行为与界面结合特征,为高性能镁基复合材料的设计与制备提供了实验依据.

Magnesium matrix composites with different graphene nanoplatelet(GNPs)contents were fabricated based on thixomolding technology,and the effects of GNPs content on the microstructure,interfacial structure,and mechanical properties of the composites were systematically investigated.Using AZ91D magnesium alloy as the matrix,composites with GNPs mass fraction of 0.3%,0.6%,and 0.9%were prepared.The grain morphology was observed by optical microscopy,the dispersion state and failure mode of GNPs were char-acterized by scanning electron microscopy,and the interfacial structure between GNPs and the matrix was analyzed by transmission electron microscopy.The results show that an appropriate amount of GNPs sig-nificantly refines the grains.When the GNPs mass fraction increased from 0.3%to 0.6%,the average grain size decreased from 5.5 μm to 3.5 μm.However,when the GNPs mass fraction further increased from 0.6%to 0.9%,the average grain size increased from 3.5 μm to 4.2 μm.In the composite with 0.6%GNPs,the GNPs were uniformly distributed as thin flakes at both grain boundaries and within the grains,and TEM analysis revealed good interfacial bonding with the magnesium matrix.The failure modes of GNPs during fracture were classified into debonding and fracture.During the thixomolding process,the screw shear effectively achieved uniform dispersion of GNPs and prevented agglomeration;meanwhile,the uniformly dispersed GNPs significantly enhanced the mechanical properties of the composite,increasing the ultimate tensile strength by 21.7%.This study reveals the dispersion behavior and interfacial bonding characteristics of GNPs in magnesium matrix composites,providing an experimental basis for the design and fabrication of high-performance magnesium matrix composites.

陈利文;曹甲祺;景舰辉;赵源;高琪淮;王舒婷;赵宇宏

中北大学 材料科学与工程学院,山西 太原 030051||中北大学 教育部共建高性能铝/镁合金材料开发应用协同创新中心,山西 太原 030051||中北大学 新材料智能铸造先进成型山西省重点实验室,山西 太原 030051中北大学 材料科学与工程学院,山西 太原 030051||中北大学 教育部共建高性能铝/镁合金材料开发应用协同创新中心,山西 太原 030051||中北大学 新材料智能铸造先进成型山西省重点实验室,山西 太原 030051中北大学 材料科学与工程学院,山西 太原 030051||中北大学 教育部共建高性能铝/镁合金材料开发应用协同创新中心,山西 太原 030051||中北大学 新材料智能铸造先进成型山西省重点实验室,山西 太原 030051中北大学 材料科学与工程学院,山西 太原 030051||中北大学 教育部共建高性能铝/镁合金材料开发应用协同创新中心,山西 太原 030051||中北大学 新材料智能铸造先进成型山西省重点实验室,山西 太原 030051中北大学 材料科学与工程学院,山西 太原 030051||中北大学 教育部共建高性能铝/镁合金材料开发应用协同创新中心,山西 太原 030051||中北大学 新材料智能铸造先进成型山西省重点实验室,山西 太原 030051中北大学 材料科学与工程学院,山西 太原 030051||中北大学 教育部共建高性能铝/镁合金材料开发应用协同创新中心,山西 太原 030051||中北大学 新材料智能铸造先进成型山西省重点实验室,山西 太原 030051中北大学 材料科学与工程学院,山西 太原 030051||中北大学 教育部共建高性能铝/镁合金材料开发应用协同创新中心,山西 太原 030051||中北大学 新材料智能铸造先进成型山西省重点实验室,山西 太原 030051||北京科技大学 北京材料基因工程高精尖创新中心,北京 100083||辽宁材料实验室 材料智能技术研究所,辽宁 沈阳 110167

矿业与冶金

半固态注射成型镁基复合材料界面结构石墨烯纳米片

semi-solid injection moldingmagnesium matrix compositesinterface structuregraphene nanoplatelet

《中北大学学报(自然科学版)》 2026 (2)

156-163,8

国家自然科学基金资助项目(U25A20286,52275390,52375394,U23A20628)国家外国专家项目(S20250277)山西省外国专家项目(202504051012025)山西省科技重大专项计划"揭榜挂帅"项目(202301050201004)

10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.11.0017

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