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为研究 Mg 复合材料在交通等领域的适用性，评估 TiC 浓度对 AZ31/TiC 表面复合材料抗空蚀性能的影响，研究人员采用摩擦搅拌加工（FSP）制备复合材料。结果表明，AZ31/15 vol% TiC 复合材料抗空蚀性最强，这为 Mg 复合材料应用提供了理论依据。
在当今材料科学领域，镁（Mg）凭借其轻质特性、良好机械性能以及对环境友好等优势，成为众多领域的 “潜力股”。在汽车、飞机制造等行业，镁合金有望大显身手，减轻产品重量，提升性能。然而，镁合金的 “成长之路” 并非一帆风顺。在面对动态应力环境时，其抵抗能力不足的问题凸显出来。尤其是在空蚀（材料表面因空化脉冲反复冲击而发生降解的过程）方面，镁合金的表现差强人意，限制了它在更多领域的广泛应用。为了攻克这一难题，让镁合金更好地服务于各个行业，来自印度多所高校（如 Amrita Vishwa Vidyapeetham、Vel Tech Rangarajan Dr. Sagunthala R&D Institute of Science and Technology）以及捷克共和国 VSB-Technical University of Ostrava 等研究机构的研究人员携手合作，开展了一项关于 AZ31-TiC 表面复合材料抗空蚀性能的研究。他们的研究成果发表在《Heliyon》上，为镁合金的发展带来了新的曙光。
研究人员为了深入探究该复合材料的性能，运用了多种关键技术方法。在材料制备方面，采用自行研发的摩擦搅拌加工（FSP）技术，制备了含有不同体积分数（5 vol%、10 vol% 和 15 vol%）TiC 颗粒的 AZ31/TiC 复合材料。在微观结构表征上，借助光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）搭配能谱仪（EDS），对复合材料的微观结构进行细致观察；利用 X 射线衍射仪分析相组成。在性能测试环节，使用显微硬度测试机依据 ASTM 标准 E384 - 11E1 测量硬度；通过旋转圆盘系统开展空蚀抗性实验 。
3. 研究结果
3.1 微观结构和机械表征
研究人员通过 X 射线衍射（XRD）分析发现，AZ31 合金和 AZ31/TiC FSP 复合材料中存在镁基体、Mg17Al12和增强化合物 TiC 的特征峰，且未发现有害相。微观结构显示，TiC 颗粒在 AZ31 基体中均匀分布，没有团聚现象。同时，由于摩擦搅拌加工过程中的动态再结晶，复合材料的晶粒得到显著细化，15 vol% TiC 复合材料的晶粒尺寸可细化至 6 - 8μm。从 SEM 图像和 EDS 光谱可知，TiC 颗粒与 AZ31 合金之间未发生化学反应，TiC 颗粒有效增强了 AZ31 合金，且复合材料结构无孔隙。在硬度方面，AZ31 合金硬度为 62 HV ± 2 HV，而 AZ31/TiC 复合材料硬度在 72 ± 3 HV 至 116 HV ± 5 HV 之间，其中 AZ31/15 vol% TiC 复合材料硬度最高。随着 TiC 颗粒体积分数增加，复合材料的硬度提升，这得益于增强颗粒的存在和晶粒细化，它们提高了复合材料抵抗位错运动的能力。
3.2 AZ31 合金及其复合材料的空蚀性能
空蚀曲线表明，AZ31 合金的体积损失最大，而 AZ31/TiC 复合材料的抗空蚀性能随着 TiC 颗粒含量的增加而增强，AZ31/15 vol% TiC 复合材料的体积损失最小。在 5 分钟的测试后，AZ31/15 vol% TiC 复合材料的表面硬度从 112 HV ± 4 HV 增加到 128 HV ± 5 HV，这可能是由于空化脉冲的随机冲击位置和硬 TiC 颗粒的存在。微观检查发现，AZ31 合金表面遭受最严重的侵蚀损伤，出现明显的塑性变形和深 cavitation tunnels（空蚀隧道） 。AZ31/TiC 复合材料的损伤程度较轻，尤其是 AZ31/15 vol% TiC 复合材料，损伤深度明显减小。此外，研究还观察到复合材料表面出现 TiC 颗粒脱落形成的 craters（坑），这些坑会加速侵蚀，而 TiC 颗粒的存在能够抑制裂纹扩展，减少基体的体积损失。
4. 研究结论和讨论
综合各项研究结果，AZ31/TiC（5, 10, 和 15 vol%）复合材料的微观结构中，TiC 颗粒在镁基体中分布均匀，细化了基体。其中，AZ31/15 vol% TiC 复合材料的硬度最高，达到 116 HV，相比之下，AZ31 合金硬度仅为 62 HV。在抗空蚀性能方面，AZ31/15 vol% TiC 复合材料表现最佳，体积损失最小，而 AZ31 合金的抗空蚀性能最差。这一研究成果意义重大，为镁合金在承受动态应力的应用场景中提供了重要的理论依据和实践指导，有助于推动镁合金在汽车、航空航天等领域的广泛应用。未来，研究人员还计划进一步探究 AZ31/TiC 复合材料在不同环境条件（如腐蚀和高温暴露）下的长期稳定性，这将为其实际应用提供更全面的性能数据和参考，有望让镁合金在更多领域大放异彩，推动相关行业的技术进步和发展。
