鎂合金作為輕型材料在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應用，成為高性能汽車部件的重要材料。但鎂合金在室溫條件下難以滑移，力學強度低，制約了其進一步的應用推廣。在鎂合金中加入顆粒物作為增強體，增強體顆粒的外徑大小會顯著改變合金組織結(jié)構(gòu)與力學特性。當選擇尺寸更小的納米顆粒作為增強體時，位錯的釘扎作用會引起晶粒的顯著細化，從而使合金獲得較高力學強度，同時塑性也得到顯著改善。Paramsothy等采用感應加熱輔助激光工藝把粒徑50 nm的SiC顆粒作為增強相添加到Mg?5.5Zn?0.1Y與ZK60兩種鎂合金中，制備得到納米SiC顆粒增強鎂合金。通過對比發(fā)現(xiàn)，SiC顆粒能夠?qū)︽V基體發(fā)揮明顯組織細化的效果，使合金獲得更高的力學強度，同時硬度從HV 63增大至HV 82，拉伸強度從最初的259 MPa提高至328 MPa。Habibnejad-Korayem等選擇粉末冶金工藝制備SiC顆粒增強鎂合金，并對合金高溫應力狀態(tài)進行了測試，在對合金施加高應力后，表現(xiàn)出跟基體相近的變形特征，在低應力條件下，合金表現(xiàn)出和基體不同的變形過程。 

    利用機械方法將鎂屑和增強顆粒相互混合，再對其施加適當壓力制得所需坯料，加熱到設(shè)定溫度后進行熱擠壓形成合金。該方法工藝步驟簡單，制造成本低，可以對原料燒損起到有效防范的作用。武淑艷等通過固相合成的方式進行Mg?5.5Zn?0.1Y合金屑料回收并將其加工為合金，研究了以不同屑料制備的Mg?5.5Zn?0.1Y合金組織結(jié)構(gòu)與力學特性。文麗華等通過固相合成的方式制得ZM6?Ce合金，分析了時效處理對合金結(jié)構(gòu)與性能的影響。但到目前為止還很少有學者通過固相合成的方式制備鎂合金。本文選擇固相合成的方法制備納米級SiC顆粒增強Mg?5.5Zn?0.1Y合金，研究了SiC添加量（質(zhì)量分數(shù)）對合金組織結(jié)構(gòu)特征及力學特性的影響。

    選取Mg?5.5Zn?0.1Y合金作為測試基體，SiC顆粒為增強相（外徑約450 nm），分別向基體中添加質(zhì)量分數(shù)為0、0.5%、1.0%及2.0%的SiC顆粒，通過固相合成法制備納米級xSiC/Mg?5.5Zn?0.1Y合金。圖1給出了SiC顆粒微觀形貌。

    利用切削的方式將Mg?5.5Zn?0.1Y合金鎂錠加工為所需尺寸的試樣，利用行星球磨機使Mg?5.5Zn?0.1Y合金鎂屑和SiC顆粒充分混合，球磨期間通入氮氣進行保護，控制球磨機以120 r?min^?1轉(zhuǎn)速運行，之后利用磨具對上述混合料進行冷壓處理，以700 MPa壓力持續(xù)保壓15 s，制得尺寸為?36 mm×50 mm的圓柱狀坯料。在熱擠壓模具內(nèi)加入上述坯料，為了降低接觸區(qū)域的摩擦力，需先對坯料的外部涂覆石墨以實現(xiàn)潤滑，接著將溫度升高至450 ℃，以500 MPa壓力持續(xù)保壓0.5 h，控制擠壓速度為1.5 mm?s^?1，再以25:1的擠壓比加工得到外徑8 mm的圓柱棒。

    通過OLYMPUS-GX71-6230A型光學顯微鏡（optical microscope，OM）觀察試樣金相顯微組織，采用FEI-SIRION型掃描電鏡（scanning electron microscope，SEM）觀察xSiC/Mg?5.5Zn?0.1Y合金微觀形貌。實驗測試試樣的拉伸強度與硬度，測試5次取平均值，確保獲得可靠的結(jié)果。使用Image-Pro Plus軟件測量Mg?5.5Zn?0.1Y合金晶粒尺寸。

    圖2所示為添加不同質(zhì)量分數(shù)SiC顆粒Mg?5.5Zn?0.1Y合金顯微形貌。根據(jù)圖2（a）可知，在原始Mg?5.5Zn?0.1Y合金基體中存在許多大尺寸晶粒并且發(fā)生了一定程度的變形，同時還生成了部分再結(jié)晶小晶粒。圖2（b）中合金發(fā)生了明顯的晶粒細化現(xiàn)象，同時在一些變形程度較大的晶粒附近發(fā)現(xiàn)了“項鏈”結(jié)構(gòu)的再結(jié)晶顆粒，導致在此區(qū)域內(nèi)形成了大量位錯，更易發(fā)生再結(jié)晶過程，合金晶粒發(fā)生顯著細化。對圖2（c）進行分析可以發(fā)現(xiàn)，當提高SiC顆粒質(zhì)量分數(shù)后，合金組織晶粒尺寸減小，形成了更多的再結(jié)晶顆粒。當SiC質(zhì)量分數(shù)達到2.0%時（圖2（d）），合金晶粒尺寸大幅降低。隨著SiC顆粒質(zhì)量分數(shù)持續(xù)提高，顆粒分布狀態(tài)也變得更團聚，從而獲得了明顯釘扎作用，具有顯著細化晶粒的效果。

    圖3所示為添加不同質(zhì)量分數(shù)SiC顆粒Mg?5.5Zn?0.1Y合金顯微形貌及能譜分析。由圖3（a）可知，采用固相合成方法得到的SiC顆粒在Mg?5.5Zn?0.1Y合金基體內(nèi)成團聚分布狀態(tài)，SiC顆粒跟基體可見致密界面結(jié)構(gòu)，并未發(fā)現(xiàn)微裂紋，并在SiC顆粒附近發(fā)現(xiàn)了許多動態(tài)再結(jié)晶顆粒。圖3（b）給出了試樣能譜分析結(jié)果，可以看到SiC顆粒在基體中以白色顆粒的狀態(tài)存在。根據(jù)圖3（c）線掃描結(jié)果可知，這些白色顆粒都是由SiC顆粒組成?？紤]到鎂合金組織中滑移系數(shù)量很少，晶界可以發(fā)生快速擴散，引起位錯的明顯塞積，導致熱擠壓階段形成大量位錯區(qū)，合金到達再結(jié)晶溫度后出現(xiàn)了再結(jié)晶的情況。受納米SiC顆粒的影響，合金出現(xiàn)了較大晶格畸變，許多區(qū)域出現(xiàn)了應力集中的情況，隨著應力的逐漸釋放，位錯也開始形成，位錯運動受到SiC顆粒釘扎后，位錯密度明顯增加，引起動態(tài)再結(jié)晶。 

    （1）隨著SiC顆粒加入量（質(zhì)量分數(shù)）提高，顆粒分布狀態(tài)變得更團聚，獲得了明顯釘扎作用，具有顯著細化晶粒的效果。添加質(zhì)量分數(shù)2.0%SiC顆粒的Mg?5.5Zn?0.1Y合金de SiC顆粒附近區(qū)域產(chǎn)生了大量位錯，為再結(jié)晶形核提供有利條件，促進晶粒細化。 

    （2）提高SiC顆粒質(zhì)量分數(shù)，合金硬度增大。加入質(zhì)量分數(shù)2.0%的SiC顆粒時，合金獲得了最高硬度（HV 82）。提高SiC顆粒質(zhì)量分數(shù)，降低了裂紋數(shù)量，并且SiC顆粒和Mg?5.5Zn?0.1Y合金發(fā)生了界面脫粘現(xiàn)象，形成裂紋源并引起斷裂。提高SiC顆粒質(zhì)量分數(shù)可使合金獲得更高的強度與伸長率。