高強度高阻尼納米顆粒增加鎂基復合材料的研究.pdf

1、本文以制備高強度高阻尼納米顆粒增強鎂基復合材料為目標，使用強度和阻尼性能兼顧的鎂合金為基體、納米陶瓷顆粒為增強體，采用粉末冶金的方法進行了復合材料的制備研究。采用快速凝固制備非晶態(tài)薄帶后磨粉和機械合金化制備非晶態(tài)合金粉末兩種方法制備了兩種Mg-Al-Ca合金粉末，采用鑄態(tài)合金球磨方法制備了Mg-Zn-Zr合金粉末。將三種合金粉末分別與納米SiC顆?；旌?，采用熱壓燒結(jié)方法制備了納米SiC顆粒增強鎂基復合材料。對鎂基復合材料的微觀組織進行了

2、表征，對鎂基復合材料的力學性能和阻尼性能進行了測試。研究了材料成分和制備工藝對鎂基復合材料組織及性能的影響。對快速凝固、機械合金化非晶形成、固相燒結(jié)和復合材料阻尼等機理進行了初步探討。
　　 研究結(jié)果表明：
　　 (1)在Ar+SF6氣氛保護下，用感應(yīng)加熱方法熔煉了Mg-Al-Ca母合金。采用單輥快速凝固法制備了Mg-8.2Al-4.7Ca薄帶。鎂合金薄帶顯微組織為非晶相+α-Mg(Al，Ca)相。薄帶沿厚度方向分為3個

3、晶區(qū)：自由面粗大等軸晶區(qū)、內(nèi)部柱狀晶區(qū)和近輥面細晶區(qū)。隨輥速的增大，柱狀晶區(qū)不斷縮小，等軸晶區(qū)晶粒不斷細化。薄帶的顯微硬度相對于母合金明顯提高，其主要原因是晶粒細化。薄帶在磨粉過程中發(fā)生晶化。
　　 (2)采用機械合金化法制備了Mg70Al20Ca10非晶態(tài)合金。球磨20h和120h可分別獲得兩種非晶相，球磨20h可獲得部分非晶相，球磨120h可獲得完全的非晶結(jié)構(gòu)。非晶相的晶化過程發(fā)生在結(jié)晶相的熔化之后，表明非晶相的熱穩(wěn)定性很好

4、。晶粒尺寸隨球磨時間的增加不斷減小。Mg-Al-Ca合金系形成非晶相的化學驅(qū)動力較小，但機械合金化可以提高Ca，Al在Mg中的固溶度，使Mg的點陣膨脹，最終發(fā)生固溶體晶體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)而形成非晶結(jié)構(gòu)。Mg70Al20Ca10非晶態(tài)合金粉末在熱壓燒結(jié)過程中發(fā)生晶化。
　　 (3)對鑄態(tài)Mg-Zn-Zr合金進行球磨可以獲得微米級合金粉末。將合金粉末與納米SiC顆粒混合球磨，SiC顆?？设偳兜胶辖鸱勰﹥?nèi)，實現(xiàn)了納米SiC顆粒在鎂合金中的彌

5、散分布。
　　 (4)采用熱壓燒結(jié)方法制備了納米SiC顆粒增強Mg-Zn-Zr合金基復合材料。熱壓燒結(jié)使鎂基復合材料的組織致密。SiC顆粒在鎂合金基體中分散均勻。SiC顆粒的加入使復合材料的晶粒細化。隨著Zn含量的增加，復合材料的強度提高，阻尼性能下降。低頻范圍內(nèi)，復合材料的內(nèi)耗Q-1隨著頻率的增加先下降后上升。中應(yīng)變振幅范圍內(nèi)，材料的內(nèi)耗Q-1與應(yīng)變振幅無關(guān)。SiC顆粒的加入使鎂合金基體強度提高，塑性下降。鎂基復合材料的壓縮斷

6、口呈現(xiàn)韌性-脆性復合狀態(tài)。鎂合金基體與SiC顆粒的界面光滑，無界面反應(yīng)層。在SiC顆粒周圍存在高密度位錯。
　　 (5)在壓力450MPa、溫度450℃、保溫2h的優(yōu)化熱壓燒結(jié)工藝條件下，納米SiC顆粒增強Mg-0.9Zn-0.7Zr復合材料的抗壓強度達到342.9MPa，內(nèi)耗Q-1在低頻、中應(yīng)變振幅下大于10-2。表明所采用的材料成分和技術(shù)路線可以滿足制備高強度高阻尼納米顆粒增強鎂基復合材料的要求，對新型高強度高阻尼鎂基復合材