【摘 要】
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金属镁具有优良的阻尼性能,但其强度低塑性差的缺陷,限制其广泛的应用。本文采用粉末冶金与挤压的方法制备了六种粒径的金刚石(ND)增强镁基复合材料,研究了金刚石粒径对镁基复合材料组织与性能的影响,分析了复合材料的阻尼机制。结果表明:制备的镁基复合材料保持了金属镁的高阻尼特性,而且强度及塑性得到了提高。首先,系统研究了金刚石颗粒在添加量相同情况下,粒径对复合材料微观组织、机械性能、阻尼性能的作用,揭示了
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金属镁具有优良的阻尼性能,但其强度低塑性差的缺陷,限制其广泛的应用。本文采用粉末冶金与挤压的方法制备了六种粒径的金刚石(ND)增强镁基复合材料,研究了金刚石粒径对镁基复合材料组织与性能的影响,分析了复合材料的阻尼机制。结果表明:制备的镁基复合材料保持了金属镁的高阻尼特性,而且强度及塑性得到了提高。首先,系统研究了金刚石颗粒在添加量相同情况下,粒径对复合材料微观组织、机械性能、阻尼性能的作用,揭示了ND/ZK60镁基复合材料的组织演变,强化机制和阻尼机制。结果表明:随着添加金刚石粒径的增大,复合材料的硬度和力学性能呈现先增后减的趋势,所测材料中增强相粒径为40 nm的镁基复合材料力学性能最优。一般工业用ZK60屈服强度为270 MPa,而增强相粒径为40 nm的镁基复合材料表现出良好的力学性能,弹性模量、平均硬度、屈服强度、抗拉强度、断后伸长率分别为9.9 GPa、97.1 HV、388 MPa、384 MPa、14.6%。复合材料的断口表现为晶间断裂,存在韧窝、解理台阶和撕裂棱,是混合型断裂的特征。其次,采用动态热机械分析(DMA)对ND/ZK60镁基复合材料的阻尼性能进行测试。适宜的增强相粒径有利于提高复合材料临界应变阻尼值、并改善界面阻尼性能。增强相粒径为40 nm的镁基复合材料阻尼性能最好,在适当温度下阻尼值tanφ能够达到0.3以上,远高于高阻尼(tanφ=0.01)材料判定标准。材料阻尼特性与温度相关,其机制为位错、晶界、界面阻尼。该复合材料在高温时对频率的依赖更为明显,曲线表现为频率越大,图像扭曲程度越大,峰温值下降。金刚石颗粒与基体不同的热膨胀系数导致在高温时发生塑性流变,并且二者形成的非共格界面提高了阻尼性能。增强相粒径为100 nm复合材料中单个金刚石对阻尼值的贡献为1.67×10-17。通过G-L模型分析发现镁基复合材料较好地符合了应变振幅与阻尼值间的关系,所得斜率-C2和截距Ln C1数值可以量化材料阻尼性能的优劣。最后,复合材料的织构主要是<1 1?2 0>+<1 0?1 0>纤维织构和<0 0 0 1>纤维织构,织构强度弱化和再结晶有关。根据施密特因子变化推断材料应变时以基面滑移和柱面滑移为主,相对于挤压态Schmidt Factor有所下降,可能是产生了<c+a>滑移。
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