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

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5.5μm减小至3.5μm。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S_g由3.5μm增加至4.2μm。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。

关键词

半固态注射成型 / 镁基复合材料 / 界面结构 / 石墨烯纳米片

基金资助

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）