多内耗镁基阻尼复合材料力学与阻尼性能的研究

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多内耗镁基阻尼复合材料具有高力学性能和高阻尼性能,同时兼具密度小、比强度高及散热性能好等优点,是近几年来镁合金领域的研究热点。多内耗镁基复合材料指的是在镁或者镁合金中添加陶瓷增强相或者中间化合物制备而成的金属复合材料,它能够将材料之间的优缺点进行互补,扩大了材料进一步的应用领域和使用范围。其中颗粒增强制备金属复合材料因其制备工艺简单、成本低,易于控制等特点而成为最受关注的制备方法。在陶瓷颗粒中,Si C颗粒具备高熔点、化学性质稳定并且与镁具有相同的晶体结构等特点,非常适合作为增强镁基复合材料的增强体。基于此,在本文中,分别选取含有长周期特殊结构相(LPSO相)和准晶相的Mg-Zn-Y合金为镁基体,Si C陶瓷颗粒为增强体,通过搅拌铸造制备多内耗镁基阻尼复合材料,通过OM、SEM、TEM、XRD及DMA等技术手段,研究合金中第二相和外加增强相对复合材料力学性能和阻尼性能的影响,分析讨论强化机制和阻尼机制。研究结果如下:(1)通过对Si C/Mg97Zn1Y2复合材料研究发现,随着Si C含量的增加,复合材料的力学性能呈现先上升后下降的趋势,当Si C颗粒添加量为0.5wt.%时,力学性能最优,抗压强度最高达到319MPa,较铸态合金增加了6.3%。通过断口分析可知,复合材料与基体合金一样均属于脆性断裂,并且裂纹源从试样边缘向内部扩展。对于复合材料阻尼性能而言,在应变振幅较低时,随着Si C含量的增加,复合材料的阻尼性能随之增大,Si C添加量为0.5wt.%表现出最好的阻尼性能;在应变振幅较高时,阻尼性能相差不大。(2)通过对Si C/Mg94Zn5Y1复合材料研究发现,Si C颗粒的加入对基体合金的显微组织以及准晶相影响不大,并且Si C颗粒分布较为均匀。复合材料的力学性能随着Si C含量的增加先升高后降低,抗压强度最高达到350MPa,较铸态合金增加了13.8%。对于该材料阻尼性能而言,在应变振幅较低时,Si C/Mg94Zn5Y1复合材料的阻尼性能随着Si C含量的增加变化不大,但是临界应变振幅值要比Mg94Zn5Y1合金要小,说明复合材料中的位错受弱钉扎点的影响越小,位错可动性较好,故而阻尼性能较好;在应变振幅较高时,复合材料的阻尼性能均高于铸态Mg94Zn5Y1合金,并且阻尼性能随着Si C含量的增加而降低。(3)通过对多孔Mg97Zn1Y2材料研究发现,孔隙率随着发泡剂Mg CO3含量的增加而增大。孔隙率增大,降低了多孔材料的致密度,降低了多孔Mg97Zn1Y2材料的力学性能,但复合材料的阻尼性能得到大幅度的提升;在应变振幅较低时,阻尼性能随着孔隙率的增大而增加。(4)通过对Si C/Mg97Zn1Y2、Si C/Mg94Zn5Y1和多孔Mg97Zn1Y2材料阻尼-应变振幅相关性研究发现,当复合材料处于滞弹性阶段时,利用G-L理论计算出了复合材料的12值,由此推出各复合材料中强弱钉扎点的数量。当复合材料处于微塑性变形阶段时,阻尼与应变振幅不再是线性关系,因此不能用G-L理论来解释,我们引入新的位错阻尼理论成功求解出位错滑移的激活体积大小,并解释了阻尼性能的影响因素。
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