Mg-Zn-Y合金中LPSO相的調(diào)控及其對阻尼和力學(xué)性能的影響機(jī)制研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，振動(dòng)和噪聲問題變得尤為突出，當(dāng)前迫切需求實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化和減振降噪的新型材料。具有低密度、高阻尼的鎂及鎂合金能滿足上述需求，但鎂合金的阻尼與力學(xué)性能難以兼得，也制約了它的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)長周期堆垛有序相（long-period stacking ordered，LPSO）的引入能同時(shí)提高鎂合金的阻尼和力學(xué)性能，這為開發(fā)新型高強(qiáng)高阻尼鎂合金提供新的思路。
　　針對上述現(xiàn)狀，本文首先選取 Mg-Zn-Y合金為實(shí)驗(yàn)對

2、象，根據(jù) Y/Zn比設(shè)計(jì)不同LPSO含量的Mg-Zn-Y合金，研究LPSO相含量對鎂合金的阻尼與力學(xué)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適量的LPSO相的引入能同時(shí)提高鎂合金的阻尼與力學(xué)性能，但過多的 LPSO相會(huì)惡化合金的塑性并降低阻尼性能。設(shè)計(jì) LPSO體積分?jǐn)?shù)約為48％和64%的合金，分別在高應(yīng)變和低應(yīng)變下的展現(xiàn)最高的阻尼性能。并通過定向凝固制備得到幾乎由LPSO相組成的Mg86Zn6Y8(at.%)合金，其阻尼性能明顯低于純鎂。這些均說明“L

3、PSO相能同時(shí)提高鎂合金阻尼與力學(xué)”的現(xiàn)象并非由于LPSO相自身的阻尼特性造成的。
　　然后，研究了熱處理對Mg-Zn-Y合金中LPSO相調(diào)控及其對阻尼與力學(xué)性能的影響。通過熱處理在Mg95.34Zn2Y2.66(at.%)兩相合金中獲得了晶界塊狀、桿狀、晶內(nèi)層片狀等不同形貌的LPSO相。在540℃時(shí)熱處理后，可獲得14H結(jié)構(gòu)的桿狀形貌LPSO相，在此過程中，還與熱處理溫度、時(shí)間和試樣初始狀態(tài)相關(guān)。400℃下熱處理后，可在晶內(nèi)析出

4、14H結(jié)構(gòu)的層片狀的LPSO相，該LPSO相的析出與基體中固溶原子含量有密切關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，晶界處塊狀和晶內(nèi)層片狀LPSO相更加有利于合金的力學(xué)，而桿狀LPSO相更有利于阻尼性能。
　　其次，研究了變形工藝對不同LPSO形態(tài)Mg-Zn-Y合金的阻尼與力學(xué)性能影響。結(jié)果表明，擠壓變形會(huì)提高合金的力學(xué)，但嚴(yán)重降低合金的阻尼。經(jīng)過540℃×4h熱處理，擠壓態(tài) Mg93Zn3Y4(at.%)和Mg95.34Zn2Y2.66(at.%)

5、中能形成大量桿狀LPSO相，擠壓態(tài)Mg97.67Zn1Y1.33(at.%)中形成層片狀和少量桿狀LPSO相。熱處理后阻尼性能得到提升，但力學(xué)大幅降低。在不同LPSO形態(tài)合金經(jīng)過軋制變形后，含有適量的桿狀形貌的Mg-Zn-Y合金有更高的力學(xué)與阻尼性能。也再次說明通過LPSO相形貌控制可實(shí)現(xiàn)Mg-Zn-Y合金阻尼與力學(xué)的平衡優(yōu)化。
　　隨后，研究Mn元素對Mg-Zn-Y合金微觀組織、阻尼及力學(xué)的影響。在Mg-Mn二元合金中，基體中的

6、Mn能給合金引入位錯(cuò)，并大幅提高高應(yīng)變階段的阻尼性能，但過量的 Mn顆粒會(huì)導(dǎo)致位錯(cuò)阻塞，從而降低阻尼性能。Mg-Zn-Y-Mn體系中，Mn的添加能提高合金的力學(xué)性能，并避免阻尼性能降低。在熱處理后，M n顆粒會(huì)將原本會(huì)聚集成桿的LPSO相分割成大量細(xì)小的LPSO塊狀相，有利于合金塑性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過Mn顆粒與熱處理的協(xié)同作用，可改變熱處理過程中LPSO相的形貌，并提高合金的綜合性能。
　　最后，基于上述研究，設(shè)計(jì)并開發(fā)新型高阻