纳米颗粒增强铝基复合材料阻尼性能研究

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纳米颗粒增强铝基复合材料具有高比强度、高比模量、耐磨性强以及减震性能好等优点,被广泛的应用于航空航天、汽车、船舶和体育器材等行业。但是纳米增强相易团聚,不易分散,给材料的制备带来了问题。本文采用粉末冶金方法通过对球磨参数、烧结参数的探索与优化,制备了四种纳米颗粒增强相分散均匀的铝基复合材料,并研究了制备工艺对复合材料微观组织、力学与阻尼性能的影响。结果表明当纳米增强相添加量为2.0vol.%时,复合材料具有最佳性能。CNTs/Al、Al2O3/Al、SiC/Al、BN/Al复合材料的抗拉强度分别为220MPa、152MPa、143MPa、163Mpa。和纯铝相比(98MPa),其抗拉强度分别提升了124%、55%、46%、66%。其主要原因是随着增强相量的增加,纳米相阻碍位错运动,从而可以提高复合材料的性能,但是当添加量过高时,纳米相就会发生团聚,分散不均匀,从而使合金的力学性能降低。同时还发现随着烧结温度和烧结压力的增加,复合材料微观组织更加致密,从而使复合材料具有更高的力学性能。研究表明,在室温下,四种复合材料的阻尼值均在0.01左右,显示出了高阻尼特性,由于BN与Al发生了界面反应,界面结合力较强,BN/Al的阻尼值最高,其次是CNTs/Al、Al2O3/Al,SiC/Al的阻尼值最低。随着温度和应力的升高,复合材料的阻尼性能有显著的提高。这是因为,在低温下纳米相增强铝基复合材料的阻尼机制为位错机制。随着温度和应力的增加,界面阻尼机制被激发,阻尼机制主要为界面机制(包括界面滑移机制和界面弛豫机制),从而使材料的阻尼性能得到很大提升。
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