高强度高阻尼纳米颗粒增加镁基复合材料的研究

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本文以制备高强度高阻尼纳米颗粒增强镁基复合材料为目标，使用强度和阻尼性能兼顾的镁合金为基体、纳米陶瓷颗粒为增强体，采用粉末冶金的方法进行了复合材料的制备研究。采用快速凝固制备非晶态薄带后磨粉和机械合金化制备非晶态合金粉末两种方法制备了两种Mg-Al-Ca合金粉末，采用铸态合金球磨方法制备了Mg-Zn-Zr合金粉末。将三种合金粉末分别与纳米SiC颗粒混合，采用热压烧结方法制备了纳米SiC颗粒增强镁基复合材料。对镁基复合材料的微观组织进行了表征，对镁基复合材料的力学性能和阻尼性能进行了测试。研究了材料成分和制备工艺对镁基复合材料组织及性能的影响。对快速凝固、机械合金化非晶形成、固相烧结和复合材料阻尼等机理进行了初步探讨。
　　研究结果表明：
　　 (1)在Ar+SF6气氛保护下，用感应加热方法熔炼了Mg-Al-Ca母合金。采用单辊快速凝固法制备了Mg-8.2Al-4.7Ca薄带。镁合金薄带显微组织为非晶相+α-Mg(Al，Ca)相。薄带沿厚度方向分为3个晶区：自由面粗大等轴晶区、内部柱状晶区和近辊面细晶区。随辊速的增大，柱状晶区不断缩小，等轴晶区晶粒不断细化。薄带的显微硬度相对于母合金明显提高，其主要原因是晶粒细化。薄带在磨粉过程中发生晶化。
　　 (2)采用机械合金化法制备了Mg70Al20Ca10非晶态合金。球磨20h和120h可分别获得两种非晶相，球磨20h可获得部分非晶相，球磨120h可获得完全的非晶结构。非晶相的晶化过程发生在结晶相的熔化之后，表明非晶相的热稳定性很好。晶粒尺寸随球磨时间的增加不断减小。Mg-Al-Ca合金系形成非晶相的化学驱动力较小，但机械合金化可以提高Ca，Al在Mg中的固溶度，使Mg的点阵膨胀，最终发生固溶体晶体结构的失稳而形成非晶结构。Mg70Al20Ca10非晶态合金粉末在热压烧结过程中发生晶化。
　　 (3)对铸态Mg-Zn-Zr合金进行球磨可以获得微米级合金粉末。将合金粉末与纳米SiC颗粒混合球磨，SiC颗粒可镶嵌到合金粉末内，实现了纳米SiC颗粒在镁合金中的弥散分布。
　　 (4)采用热压烧结方法制备了纳米SiC颗粒增强Mg-Zn-Zr合金基复合材料。热压烧结使镁基复合材料的组织致密。SiC颗粒在镁合金基体中分散均匀。SiC颗粒的加入使复合材料的晶粒细化。随着Zn含量的增加，复合材料的强度提高，阻尼性能下降。低频范围内，复合材料的内耗Q-1随着频率的增加先下降后上升。中应变振幅范围内，材料的内耗Q-1与应变振幅无关。SiC颗粒的加入使镁合金基体强度提高，塑性下降。镁基复合材料的压缩断口呈现韧性-脆性复合状态。镁合金基体与SiC颗粒的界面光滑，无界面反应层。在SiC颗粒周围存在高密度位错。
　　 (5)在压力450MPa、温度450℃、保温2h的优化热压烧结工艺条件下，纳米SiC颗粒增强Mg-0.9Zn-0.7Zr复合材料的抗压强度达到342.9MPa，内耗Q-1在低频、中应变振幅下大于10-2。表明所采用的材料成分和技术路线可以满足制备高强度高阻尼纳米颗粒增强镁基复合材料的要求，对新型高强度高阻尼镁基复合材料的研究开发有重要的意义。

著录项

作者
华旻;
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作者单位

南京工业大学;

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授予单位南京工业大学;
学科材料学
授予学位硕士
导师姓名马立群;
年度 2007
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类特种结构材料;金属－非金属复合材料;
关键词
纳米颗粒增强镁基复合材料; 机械合金化; 热压烧结; 粉末冶金; 力学性能; 阻尼性能;

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