高阻尼鑄造鎂基復(fù)合材料.pdf

1、鎂合金具有傳統(tǒng)阻尼合金所不具備的優(yōu)點(diǎn),即比重低、比強(qiáng)度高、比模量高等.其因良好的阻尼性能在航空、航天工業(yè)中得到了一定的應(yīng)用.高阻尼鎂合金是減振合金中阻尼性能最高的一種,它的比阻尼能力SDC可達(dá)40﹪-60﹪.但是這種材料的強(qiáng)度低不能作為結(jié)構(gòu)材料使用.為滿足航空、航天工業(yè)的發(fā)展對(duì)高阻尼金屬材料的需求,近年來,人們開始運(yùn)用一些新穎的研究思路和先進(jìn)的制備方法來探索和研制具有密度小、比強(qiáng)度高、耐熱性和阻尼性能優(yōu)良等一系列特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和功能一體化的

2、新型高阻尼金屬材料.力學(xué)性能機(jī)制和阻尼機(jī)制互相獨(dú)立,有時(shí)甚至互相矛盾.在提高阻尼性能的同時(shí),往往降低了力學(xué)性能.本論文以Mg-9A1為基礎(chǔ),在保持其高的力學(xué)性能的前提下,提高其阻尼性能,并以制備高阻尼性能的功能結(jié)構(gòu)一體化材料為目的. 基于以上目的,利用現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)對(duì)材料顯微組織特征與阻尼性能的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行了研究,分析高阻尼性能產(chǎn)生的原因、規(guī)律等,為高阻尼高強(qiáng)度材料的設(shè)計(jì)和制備提供理論依據(jù)和可實(shí)施途徑.研究了提高純鎂阻尼性能的

3、途徑.在對(duì)純鎂的高阻尼性能特征全面了解的基礎(chǔ)上,探討了合金化元素Si的添加、晶粒的細(xì)化以及增強(qiáng)相Mg2Si大小、形態(tài)對(duì)阻尼性能的影響規(guī)律.在此基礎(chǔ)上,提出利用Mg<,2>Si增強(qiáng):Mg-9A1合金來提高其阻尼性能的方案,并研究了增強(qiáng)相Mg2Si的含量以及熱處理對(duì)其復(fù)合材料阻尼性能和力學(xué)性能的影響；綜合應(yīng)用上述研究成果,通過對(duì)Mg<,2>Si形態(tài)的控制,制備出Mg<,2>Si/Mg-9A-1-Sb-RE高阻尼功能結(jié)構(gòu)材料.同時(shí)對(duì)復(fù)合材料高

4、阻尼機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的研究. 研究結(jié)果表明,添加Cl<,2>C<,6>和 Mg-Zr 中間合金可以減小純鎂的晶粒尺寸,細(xì)化后純鎂的室溫阻尼性能隨著晶粒尺寸的減小而降低,這主要是因?yàn)榫Я３叽绲臏p小導(dǎo)致原來較長(zhǎng)的可動(dòng)位錯(cuò)線縮短,從而降低了位錯(cuò)對(duì)阻尼的貢獻(xiàn).合金化元素Si添加到純鎂中可以提高其室溫阻尼性能,這主要是因?yàn)镾i在純鎂中幾乎無任何固溶度,即不會(huì)因額外的溶質(zhì)原子對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)造成阻礙作用而降低阻尼性能.另外,Mg基體和Mg<,2>

5、Si相間大的熱膨脹系數(shù)差,導(dǎo)致新位錯(cuò)的生成和塑性應(yīng)變區(qū)的產(chǎn)生,從而增加材料的阻尼性能.對(duì)Mg<,2>Si/Mg 細(xì)化和變質(zhì)后的阻尼性能的研究表明,Mg<,2>Si尺寸的減小有利于復(fù)合材料室溫阻尼性能的提高.利用鑄造的方法制備了Mg<,2>Si/Mg-9Al復(fù)合材料.該復(fù)合材料的阻尼性能隨著Mg<,2>Si含量的增加而提高,當(dāng)增強(qiáng)相含量達(dá)到5﹪左右時(shí),阻尼值增加程度減慢. 復(fù)合材料固溶處理后的阻尼性能因過飽和的溶質(zhì)原子的存在而下降,時(shí)效處

6、理后的阻尼性能逐步增加. 時(shí)效工藝對(duì)阻尼性能具有較大的影響,隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng),與應(yīng)變振幅無關(guān)的阻尼值有少量的增加,但與應(yīng)變振幅相關(guān)的阻尼值卻存在明顯的下降.高溫阻尼曲線上阻尼峰出現(xiàn)的溫度隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)而降低.對(duì)比200℃和300℃兩種不同的時(shí)效溫度對(duì)阻尼性能的研究表明,經(jīng)200℃時(shí)效后復(fù)合材料具有更好的阻尼性能,這與不同溫度時(shí)效后非連續(xù)沉淀和連續(xù)沉淀密切相關(guān).通過對(duì)增強(qiáng)相Mg<,2>Si的形態(tài)控制進(jìn)一步提高復(fù)合材料的阻尼性

7、能.采用Sb和RE對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了變質(zhì)處理.經(jīng)Sb變質(zhì)后復(fù)合材料基體的晶粒尺寸減小,同時(shí)Mg<,2>Si由原來的漢字狀轉(zhuǎn)變成細(xì)小的棒狀、多邊形等顆粒.而Sb+RE添加后Mg<,2>Si的尺寸更為細(xì)小.對(duì)Mg<,2>Si/Mg-9Al-Sb 和Mg<,2>Si/Mg-9Al-Sb-RE的阻尼性能的研究表明,細(xì)小多邊形Mg<,2>Si顆粒增強(qiáng)Mg-9Al復(fù)合材料具有更高的阻尼性能Mg<,2>Si/Mg-9Al復(fù)合材料具有較高的力學(xué)性能,其力

8、學(xué)性能優(yōu)于AZ91系列. 通過對(duì)粗大Mg<,2>Si的變質(zhì)處理,Mg<,2>Si/Mg-9Al-Sb-RE 復(fù)合材料的力學(xué)性能得到進(jìn)一步的提高,同時(shí)塑性有所增加.系統(tǒng)地研究了Mg<,2>Si/Mg-9Al復(fù)合材料的阻尼機(jī)制,探討了晶界阻尼峰在不同應(yīng)變振幅、升溫速率和連續(xù)測(cè)量次數(shù)下的典型特征.通過對(duì)阻尼峰分峰擬合處理,研究了增強(qiáng)相含量、形態(tài)和熱處理對(duì)阻尼峰激活能影響.結(jié)果表明,激活能隨著增強(qiáng)相Mg<,2>Si含量和尺寸的增加而增