大理镁基复合材料镁基轻合金

镁基复合材料的研究在过去四十年中因其重量轻、强度重量比高、延展性、硬度、耐磨性和生物降解性而实现了可持续增长。镁基材料目前的目标是在汽车、航空航天、电子、体育和生物医学工程中的应用。

对镁基纳米复合材料进行深入研究的驱动力是利用它们来缓解全球变暖，能源消耗以及土地，空气和水的毒性。纳米长度尺度的增强层的存在导致晶粒细化，导致霍尔-佩奇增强和奥罗文增强，因为存在直径小于100nm的纳米颗粒纤维。

粉末冶金是镁基纳米复合材料常用的固态合成方法之一。在步中，金属合金和粉末形式的陶瓷颗粒混合混合在一起以获得均匀的混合物。混合参数是根据金属合金和增强粉末之间的密度差决定的。

随后使用冷压机或热压机或热等静压机压实混合粉末。通过加热到预定温度来烧结生坯，以恢复机械性能。具有简单几何形状的近净形部件可以通过PM技术制造。

NaCl浓度会影响金属氧化物增强镁基复合材料的耐腐蚀性能。随着NaCl浓度的增加，复合材料的耐腐蚀性能不断下降。同时，将金属氧化物添加到复合材料中可以显著地提高其耐腐蚀性能，主要是由于金属氧化物可以促进复合材料表面形成一层致密的氧化膜，从而防止溶液中的氯离子进一步侵蚀复合材料。

镁合金由于良好的生物相容性和可生物降解性，密度和弹性模量与人骨相近，在生物医疗领域备受关注。此外，镁资源丰富，是人体所需的微量元素之一，开采价格低廉而被认为是有价值的生物材料之一。然而镁的电极电位低(-2.37V)，作为植入体，镁合金基体与第二相之间因电位差易发生电偶腐蚀，α-Mg为阳极，使得镁合金在骨愈合之前过早的丧失其结构和力学性能。因此提高镁合金的腐蚀性能是其在医疗领域获得良好应用的前提。在镁合金中添加增强体可有效提高镁合金的综合性能。石墨烯是由一层六边形蜂窝结构的碳原子杂化构成的，同时具有出色的抗渗透性，可以在基体与腐蚀介质之间形成保护膜，从而阻止腐蚀介质与材料基体界面处的电子交换，进而提高材料的耐腐蚀性能。因此利用石墨烯的抗渗透性有望提高镁合金的耐蚀性。
采用半固态注射成型铸造技术制备了石墨烯/镁复合材料。以AZ91D镁合金为基体材料，Gnps作为增强体；AZ91D镁合金颗粒是由铸锭经过颗粒粉碎机粉碎制成，颗粒呈现不规则棒状，长3~6mm，长宽比约为5:1，表1为AZ91D合金的具体成分。石墨烯纳米片/镁(Gnps/ AZ91D)复合材料制备流程包括混料，填料，加热搅拌，高速注射成形等步骤。，分别将5kg的AZ91D镁合金颗粒和相应质量的Gnps(Gnps的质量分数分别为0，0.3%，0.6%，0.9%)加入V型混料机进行混料，混料机转速为20r/min，时间为30min。其次是将混合好的AZ91D镁合金颗粒与Gnps加入镁合金注射成型机的料斗中；然后混合料在料管的螺旋搅拌及料管不同区域加热下形成混合浆料；模温机对模具加热，待模具达设定温度后对其喷涂涂料，然后合模，合模压力达到设定值后，冲头将混合浆料高速射出，充满整个模具型腔，并保压；开模取出铸件后随室温冷却。将不同Gnps含量的铸件放在热处理炉中进行固溶处理，加热温度为400℃保温时间为24h。
AZ91D中的第二相为Mg17Al12相，其腐蚀电位为-1.233 V，镁基体相，在溶液中易与镁基体形成微电偶，导致微电偶腐蚀的发生。腐蚀裂纹的数量及分布也存在明显差异，Gnps含量为0.6%时点状第二相的数量少，对应的腐蚀裂纹也少，顺序从小到大依次为Gnps含量为0.6%，0.3%，0.9%，0这也对应着耐腐蚀性能的大小。这与电化学所得出的结论相一致。