高阻尼铸造镁基复合材料

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1、上海交通大学博上学位论文高阻尼铸造镁基复合材料摘要镁合金具有传统阻尼合金所不具备的优点，即比重低、比强度高、比模量高等。其因良好的阻尼性能在航空、航天工业中得到了一定的应用。高阻尼镁合金是减振合金中阻尼性能最高的一种，它的比阻尼能力SDC可达40％．60％。但是这种材料的强度低不能作为结构材料使用。为满足航空、航天工业的发展对高阻尼金属材料的需求，近年来，人们开始运用一些新颖的研究思路和先进的制备方法来探索和研制具有密度小、比强度高、耐热性和阻尼性能优良等一系列特点的结构和功能一体化的新型高阻尼金属材料。力学性能机制和阻尼机制互相独立，有时甚至互相矛盾。在提高阻尼性能的同

2、时，往往降低了力学性能。本论文以Mg．9AI为基础，在保持其高的力学性能的前提下，提高其阻尼性能，并以制备高阻尼性能的功能结构一体化材料为目的。基于以上目的，利用现代分析测试技术对材料显微组织特征与阻尼性能的内在联系进行了研究，分析高阻尼性能产生的原因、规律等，为高阻尼高强度材料的设计和制备提供理论依据和可实施途径。研究了提高纯镁阻尼性能的途径。在对纯镁的高阻尼性能特征全面了解的基础上，探讨了合金化元素Si的添加、晶粒的细化以及增强相M92Si大小、形态对阻尼性能的影响规律。在此基础上，提出利用M92Si增强Mg．9A1合金来提高其阻尼性能的方案，并研究了增强相M92Si

3、的含量以及热处理对其复合材料阻尼性能和力学性能的影响；综合应用上述研究成果，通过对M92Si形态的控制，制备出M92Si／Mg．9A1．Sb．RE高阻尼功能结构材料。同时对复合材料高阻尼机理进行了摘要详细的研究。研究结果表明，添加c12C6和Mg．Zr中间合金可以减小纯镁的晶粒尺寸，细化后纯镁的室温阻尼性能随着晶粒尺寸的减小而降低，这主要是因为晶粒尺寸的减小导致原来较长的可动位错线缩短，从而降低了位错对阻尼的贡献。合金化元素Si添加到纯镁中可以提高其室温阻尼性能，这主要是因为Si在纯镁中几乎无任何固溶度，即不会因额外的溶质原子对位错的运动造成阻碍作用而降低阻尼性能。另外，

4、Mg基体和M92Si相问大的热膨胀系数差，导致新位错的生成和塑性应变区的产生，从而增加材料的阻尼性能。对M92Si／Mg细化和变质后的阻尼性能的研究表明，M92Si尺寸的减小有利于复合材料室温阻尼性能的提高。利用铸造的方法制备了M92Si／Mg．9Al复合材料。该复合材料的阻尼性能随着M92Si含量的增加而提高，当增强相含量达到5％左右时，阻尼值增加程度减慢。复合材料固溶处理后的阻尼性能因过饱和的溶质原子的存在而下降，时效处理后的阻尼性能逐步增加。时效工艺对阻尼性能具有较大的影响，随着时效时间的延长，与应变振幅无关的阻尼值有少量的增加，但与应变振幅相关的阻尼值却存在明显的

5、下降。高温阻尼曲线上阻尼峰出现的温度随着时效时间的延长而降低。对比200℃和300℃两种不同的时效温度对阻尼性能的研究表明，经200℃时效后复合材料具有更好的阻尼性能，这与不同温度时效后非连续沉淀和连续沉淀密切相关。通过对增强相M92Si的形态控制进一步提高复合材料的阻尼性能。采用sb和RE对复合材料进行了变质处理。经sb变质后复合材料基体的晶粒尺寸减小，同时M92Si由原来的汉字状转变成细小的棒状、多边形等颗粒。而Sb+RE添加后M92Si的尺寸更为细小。对M92Si／Mg一9A1一Sb和M92Si／Mg-9Al—Sb—RE的阻尼性能的研究表明，细小多边形M92Si颗粒

6、增强Mg．9Ai复合材料具有更高的阻尼性能M92Si／Mg．9A1复合材料具有较高的力学性能，其力学性能优于AZ91系列。通过对粗大M92Si的变质处理，M92Si／Mg-9A1．Sb-RE复合材料的力学性能得到进一步的提高，同时塑性有所增加。系统地研究了M92Si／Mg．9Al复合材料的阻尼机制，探讨了晶界阻尼峰在不同应变振幅、升温速率和连续测量次数下的典型特征。通过对阻尼峰分峰拟合处理，研究了增强相含量、形态和热处理对阻尼峰激活能影响。结果表明，激活能随着增强相M92Si含量和尺寸的增加而增加。随着时效时间的延长，激活能下降。Ⅱ通过对M92Si形态的有效控制，M92S

7、i／Mg-9AI—Sb．RE复合材料具有高的阻尼性能和力学性能的综合。其抗拉强度与AZ91相当，但其阻尼性能却是AZ91的两倍。关键词：阻尼性能；复合材料；晶粒细化，位错；阻尼蜂i锚构功能一体化材料；Ⅲ圭童窑翌奎兰堡：：兰堡芝三CASTⅣ【AGNESIUMMm’RIXCOMPOSITESWITHHIGHDAMPINGCAPACITYABSTRCTConventionaldampingalloyshavenotbeenusedwidelyinaviationandspacefieldsduetohJighdensityandlo