高阻尼鑄造鎂基復合材料.pdf

1、鎂合金具有傳統(tǒng)阻尼合金所不具備的優(yōu)點,即比重低、比強度高、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40﹪-60﹪.但是這種材料的強度低不能作為結構材料使用.為滿足航空、航天工業(yè)的發(fā)展對高阻尼金屬材料的需求,近年來,人們開始運用一些新穎的研究思路和先進的制備方法來探索和研制具有密度小、比強度高、耐熱性和阻尼性能優(yōu)良等一系列特點的結構和功能一體化的

2、新型高阻尼金屬材料.力學性能機制和阻尼機制互相獨立,有時甚至互相矛盾.在提高阻尼性能的同時,往往降低了力學性能.本論文以Mg-9A1為基礎,在保持其高的力學性能的前提下,提高其阻尼性能,并以制備高阻尼性能的功能結構一體化材料為目的. 基于以上目的,利用現(xiàn)代分析測試技術對材料顯微組織特征與阻尼性能的內在聯(lián)系進行了研究,分析高阻尼性能產生的原因、規(guī)律等,為高阻尼高強度材料的設計和制備提供理論依據和可實施途徑.研究了提高純鎂阻尼性能的

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

4、阻尼機理進行了詳細的研究. 研究結果表明,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,這主要是因為晶粒尺寸的減小導致原來較長的可動位錯線縮短,從而降低了位錯對阻尼的貢獻.合金化元素Si添加到純鎂中可以提高其室溫阻尼性能,這主要是因為Si在純鎂中幾乎無任何固溶度,即不會因額外的溶質原子對位錯的運動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差,導致新位錯的生成和塑性應變區(qū)的產生,從而增加材料的阻尼性能.對Mg<,2>Si/Mg 細化和變質后的阻尼性能的研究表明,Mg<,2>Si尺寸的減小有利于復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復合材料.該復合材料的阻尼性能隨著Mg<,2>Si含量的增加而提高,當增強相含量達到5﹪左右時,阻尼值增加程度減慢. 復合材料固溶處理后的阻尼性能因過飽和的溶質原子的存在而下降,時效處

6、理后的阻尼性能逐步增加. 時效工藝對阻尼性能具有較大的影響,隨著時效時間的延長,與應變振幅無關的阻尼值有少量的增加,但與應變振幅相關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)的溫度隨著時效時間的延長而降低.對比200℃和300℃兩種不同的時效溫度對阻尼性能的研究表明,經200℃時效后復合材料具有更好的阻尼性能,這與不同溫度時效后非連續(xù)沉淀和連續(xù)沉淀密切相關.通過對增強相Mg<,2>Si的形態(tài)控制進一步提高復合材料的阻尼性

7、能.采用Sb和RE對復合材料進行了變質處理.經Sb變質后復合材料基體的晶粒尺寸減小,同時Mg<,2>Si由原來的漢字狀轉變成細小的棒狀、多邊形等顆粒.而Sb+RE添加后Mg<,2>Si的尺寸更為細小.對Mg<,2>Si/Mg-9Al-Sb 和Mg<,2>Si/Mg-9Al-Sb-RE的阻尼性能的研究表明,細小多邊形Mg<,2>Si顆粒增強Mg-9Al復合材料具有更高的阻尼性能Mg<,2>Si/Mg-9Al復合材料具有較高的力學性能,其力

8、學性能優(yōu)于AZ91系列. 通過對粗大Mg<,2>Si的變質處理,Mg<,2>Si/Mg-9Al-Sb-RE 復合材料的力學性能得到進一步的提高,同時塑性有所增加.系統(tǒng)地研究了Mg<,2>Si/Mg-9Al復合材料的阻尼機制,探討了晶界阻尼峰在不同應變振幅、升溫速率和連續(xù)測量次數下的典型特征.通過對阻尼峰分峰擬合處理,研究了增強相含量、形態(tài)和熱處理對阻尼峰激活能影響.結果表明,激活能隨著增強相Mg<,2>Si含量和尺寸的增加而增