颗粒增强铝基复合材料的阻尼行为研究

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随着工业化的发展,减振降噪问题日益突出。而采用高阻尼性能的结构材料,利用其自身的减振性能,达到减少振动和降低噪声的目的,是最直接有效的方法。复合材料最大的特征就是可以通过引入界面并改变界面的结构和属性来提高材料的阻尼性能。往复挤压法制备的铝基复合材料,不但致密度高,拥有良好的强度、硬度以及阻尼性能,而且制造成本低,具有广阔的应用前景。本试验选用纯铝为基体,选取SiC及Al2O3颗粒为增强体,通过往复挤压法制备了不同颗粒含量、不同挤压道次的SiCp/Al复合材料及Al2O3p/Al复合材料。在动态热机械分析仪(DMA)上测试了复合材料的阻尼性能随振幅、频率和温度的变化关系,随后对阻尼数据进一步处理,得到复合材料的温度内耗峰,计算了相应的激活能。对比分析了两种复合材料的阻尼行为,探讨了其阻尼机制。得到以下主要结论:1.经过往复挤压法制备的铝基复合材料具有优秀的阻尼性能。室温下,应变振幅较小(ε<2×10-6)时,复合材料的阻尼值均大于0.01,表现出高阻尼特性。复合材料的阻尼表现出强烈的振幅相关性。在ε<0.25×10-6时,应变振幅对材料的阻尼性能影响较小。当ε>0.25×10-6后,材料的阻尼性能急剧增加,然后趋于稳定。随着频率的增加,复合材料的阻尼减小,但临界应变振幅基本保持不变。2.复合材料的阻尼性能随频率变化趋势为:在频率小于3Hz时,材料的阻尼值随频率升高而下降,说明复合材料的阻尼性能在较低频率下对频率变化较为敏感,但当频率超过3Hz时,材料的阻尼值随频率变化不大。3.温度升高,材料的阻尼性能随之增加。当温度T<100℃时,复合材料的阻尼性能升高幅度不大,但随着温度的继续升高,材料的阻尼性能迅速提高。在测试频率下,各试样分别在150℃<T<300℃间出现一个较宽的内耗峰,并且内耗峰随频率的增加向高温方向移动,而阻尼值却随之下降,表明该内耗峰具有弛豫特性。4.室温下,应变振幅较低时两种复合材料的阻尼性能相差不大,但在较高的应变振幅下,SiC/Al复合材料的阻尼性能明显高于Al2O3/Al复合材料。同时,SiC/Al复合材料的临界应变振幅也高于Al2O3/Al复合材料。但Al2O3/Al复合材料的内耗峰值及峰值温度均高于SiC/Al复合材料,两者的差值分别为0.011和21℃,这导致了Al2O3/Al复合材料具有更高的内耗激活能。5.在低温和小应变振幅下,铝基复合材料的阻尼主要由复合材料的本征阻尼、热错配应变引起的位错阻尼以及位错脱钉引起的位错阻尼构成,而在大应变振幅和较高温度下,铝基复合材料的阻尼主要由位错脱钉阻尼、晶界驰豫引起的晶界阻尼和增强颗粒和铝基体界面的微滑移引起的界面阻尼构成。
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