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引言鎂基納米復合材料是一類新型輕質高性能材料，主要由于其密度低，在汽車、航空航天、太空、電子、體育和生物醫(yī)學領域具有潛在的應用前景。

由于該材料的合成相對困難，因此它清楚地提供了對迄今為止不同研究人員設計和采用的合成鎂基納米復合材料的不同技術的見解。 MMNC的整體加工通常采用一次加工和二次加工相結合的方式。初級加工主要涉及通過固體、半固體或液體加工路線進行MMNC 錠的初始配方和生產。然后，進行塑性變形或臨界塑性變形等二次加工，以減少不均勻性、顆粒團聚和制造缺陷，從而提高MMNC的性能。我們將詳細討論MMNC 的不同制造方法及其優(yōu)點和局限性。

鎂基復合材料由于其重量輕、強度重量比高、延展性、硬度、耐磨性和生物可降解性，鎂基復合材料的研究在過去40 年中經歷了持續(xù)增長。鎂基材料目前主要應用于汽車、航空航天、電子、體育和生物醫(yī)學工程等領域。對鎂基納米復合材料進行深入研究的驅動力是利用它們來減少全球變暖、能源消耗以及土地、空氣和水的毒性。納米長度尺度的增強層的存在導致顆粒細化，直徑小于100納米的納米顆粒纖維的存在導致孔頁增強和奧羅賓增強。

MMNC的初級處理可以分為兩類：異地路由和就地路由。在MMNC制造過程中的異地加工中，主要問題是顆粒聚集。在液體和半固體加工過程中，高表面能降低了顆粒纖維對基體的潤濕性。這些聚集的顆粒導致基體內的增強材料分布不均勻，導致鑄態(tài)性能較差。這種不均勻的分布只能通過仔細的二次加工步驟來減少。常見的液體和半固體異位工藝包括攪拌鑄造熔體攪拌、超聲空化、塌陷熔融沉積和流變鑄造。固相異位合成是一種粉末冶金方法，它積累了軋輥連接的劇烈塑性變形和攪拌摩擦加工的塑性變形。原位工藝消除了鋼筋的聚集，因為它們在加工過程中通過熱力學和化學反應分散在基體中。

通過異位途徑加工的MMNC通常會表現(xiàn)出枝晶、孔隙和微裂紋等微觀結構缺陷。這些需要仔細表征并使用二次處理技術來提高最終應用所需的性能。常見的二次加工有熱處理、熱擠壓、熱軋、等通道方壓、循環(huán)擠壓壓實等。生產鎂基納米復合材料的加工方法通常涉及初級加工和二次加工的組合。在初級加工中，將基體材料和增強材料混合，并施加熱能或機械能以形成復合材料。

在初級加工過程中，復合材料中引入了一些不良影響，例如鋼中的孔隙率和空隙分布不均勻。為了最大限度地減少這些缺陷，采用二次加工來獲得相對均勻的微觀結構和增強的機械性能。初級加工技術可分為液體、半固體和固體加工類型。液體工藝包括攪拌鑄造、超聲空化、塌陷熔融沉積和原位加工。流變鑄造是半固態(tài)復合材料的主要工藝。地球制造包括粉末冶金(PM)、累積輥壓結合和攪拌摩擦加工。

為了加工MMNC，將鎂錠放入石墨或鋼坩堝中，并在電阻爐或感應爐中在680 至750C 的溫度下熔化。使用帶涂層的葉輪對液體熔體進行機械攪拌。葉輪具有涂層，可防止化學反應造成的磨損和腐蝕。預定量的納米增強材料沿著渦流的側面被引入到熔融金屬中。液體渦流內表面和外表面之間的壓力差將增強材料分布到熔體中。為了避免氧化點火，使用惰性氣氛保護渦流。為了克服團聚，在添加之前將鎂粉和納米增強材料一起球磨。將液體漿液攪拌10分鐘以使混合物均勻化。均化后，將液體漿料倒入永久模具中。

超聲空化攪拌鑄造技術的主要缺點之一是由于表面能較大，無法避免納米增強材料的團聚。這降低了最終復合材料的機械性能。超聲波空化是將增強材料分散到MMC基體材料中的相對有效的技術。通過引入低至1 的功率和頻率范圍。在UST工藝中，鎂合金被放置在石墨坩堝中并使用電阻感應爐加熱到所需的溫度。根據(jù)顆粒尺寸添加預定量的增強材料。在加工過程中，鎂熔體用氬氣保護以避免氧化。

使用強大的超聲波沖擊波在半固態(tài)溫度下將納米顆粒完全分散在熔體中。選擇超聲處理溫度以增強模具內漿料的流動性。焊頭的材料選擇在MMNCs的熔化過程中起著重要作用，因為焊頭的表面在液態(tài)金屬熔化過程中會受到侵蝕。為了改善MMNC 的超聲處理，研究人員推薦使用鈮和鈦。與基礎焊頭相比，鈦基焊頭成本較低，因此廣泛用于UST 加工。

請注意，盡管基礎焊頭的楊氏模量隨溫度變化略有變化，但基礎焊頭在MMNC 熔化中非常穩(wěn)定，因為Ti 不溶于Mg。初步研究結果表明，高強度UST 振動需要100Wcm 的強度。對于大批量生產，超聲處理要求可能更高。 MMNC 的大規(guī)模生產需要大量的功率和頻率。關鍵問題是減少UST 期間的熔體體積以降低超聲處理速率。這可以通過兩個步驟來完成。增強材料用于制備熔體，并將熔融液體輸送至焊頭輔助UST室以破壞顆粒簇。

流變鑄造技術流變鑄造是一種半固態(tài)鑄造工藝，其中基材在液相線-固相線區(qū)域進行加工。在這個所謂的半固體區(qū)域中，添加增強材料顆粒并將所得漿料充分攪拌以確保增強材料的均勻分布。攪拌后，將半凝固復合材料熔體搗入永久模具中。通常對漿料進行洗滌和脫氣，以避免氧化和夾雜物形成。鎂MMNC 和Al2O3n 采用半固態(tài)流變鑄造工藝合成。將鎂錠放入涂有氮化硼的低碳鋼坩堝中。使用電阻爐在750C 的金屬坩堝中形成熔體。使用氬氣對漿料進行脫氣以避免氧化。

然后將增強材料在半固態(tài)溫度下添加到漿料中。使用機械攪拌器攪拌漿料。然后將MMNC 漿液注入永久模具中以進行進一步表征。粉末冶金是鎂基納米復合材料最常用的固相合成方法之一。第一步是將金屬合金和粉末陶瓷顆�；旌弦孕纬删鶆虻幕旌衔�。混合參數(shù)根據(jù)金屬合金和增強粉末之間的密度差來確定。然后使用冷壓機、熱壓機或熱等靜壓機將混合粉末壓實。通過加熱至預定溫度來燒結生坯以恢復其機械性能。 PM 技術可以生產具有簡單幾何形狀的近凈形部件。

使用粉末冶金技術合成了幾種鎂基合金，包括傳統(tǒng)的和納米復合材料。典型的加工步驟包括使用行星式球磨機在有或沒有鋼球的情況下以200rpm的速度混合或機械合金化預定量的金屬和陶瓷粉末1小時。將混合過程中得到的復合粉末采用100T液壓機進行壓制，得到直徑35mm、高度40mm的坯料。壓實鋼坯可以使用傳統(tǒng)熔爐或微波燒結進行燒結。微波燒結期間的加熱時間保持在16分鐘。可使用傳統(tǒng)微波爐，功率9kW，工作頻率45GHz。將1 毫米和0.5 毫米厚的實心鋁和AZ31 鎂條切割成150 x 50 毫米的矩形條。帶材在400C 下退火2 小時，然后將爐子冷卻至接近環(huán)境溫度，以在軋制前軟化帶材。在軋制之前，板材要經過研磨、拋光、脫氣和清潔。

Al 和納米氧化鋁粉末與直徑為0.5 mm 和1 mm 的鋼球一起在鋼筒中進行凈化。鋁粉以300 rpm 的轉速和20:1 球粉比研磨6 個循環(huán)，每個循環(huán)持續(xù)45 分鐘，停留時間為15 分鐘，以消除不需要的溫度升高。研磨后的鋁氧化鋁顆粒均勻分布在帶材之間，以改善潤濕性。以AlAZ31Al的形式進行層壓，中間帶有增強粉末。煙囪用銅線固定，防止滑落。將組件放入空氣烘箱中，在300-350C 的溫度范圍內預熱15 分鐘。滾動進行了四次，每個滾動階段都保持了50%的減排量。攪拌摩擦加工是一種利用固體塑性變形的合成方法。它可用于構建具有納米復合材料層的表面復合材料以及具有有限厚度尺寸的塊體復合材料。這通常會增強顆粒尺寸的均勻分布并產生精細的結果。 FSP 工藝使用旋轉肩裝工具穿過含有納米陶瓷顆粒的基體。在工具的平移運動過程中，基體金屬發(fā)生塑性變形，同時鋼棒融入到基體金屬中。

切割尺寸為60010010mm的Mg矩形板以生產復合材料。將陶瓷顆粒鋪展到寬度和深度為1.2 x 5 mm 的板凹槽中，并使用兩種不同的肩部工具形成復合材料。一種不帶銷肩，另一種有肩，高度為5 毫米，銷直徑為6 毫米。

這一結論提供了對鎂納米復合材料的深入了解，鎂納米復合材料正在成為從航空航天、汽車到體育產業(yè)等許多重量敏感工程應用的潛在候選者。它不僅比鋁或鈦輕得多，而且還可以使用傳統(tǒng)和先進的加工方法進行加工。攪拌鑄造是最傳統(tǒng)的大規(guī)模生產技術，可將納米顆粒均勻分散在鎂基體中。已經嘗試使用超聲波空化作為分散納米增強材料的手段進行改進，并取得了有希望的結果。

塌陷熔融沉積技術已被證明是最有效的，因為它可以很好地分散納米添加劑，改善微觀結構，并產生優(yōu)異的機械性能。 DMD 也是一種可擴展的技術。另一種制造鎂基納米復合材料的方法稱為原位鑄造，該方法在鑄造過程中利用化學反應形成納米級金屬間化合物。

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