【摘要】：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,振動(dòng)、沖擊和噪聲的控制日益成為一個(gè)復(fù)雜而迫切需要解決的問(wèn)題,即對(duì)減振降噪阻尼材料的開(kāi)發(fā)和研究對(duì)社會(huì)發(fā)展和人身健康具有重要意義。金屬材料中鎂具有較好的阻尼性能,通過(guò)對(duì)金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析,建立相應(yīng)點(diǎn)缺陷和線缺陷模型,并根據(jù)此機(jī)理推測(cè)出宏觀結(jié)構(gòu)和微觀界面的介入勢(shì)必對(duì)鎂基金屬材料產(chǎn)生重要影響。以此為出發(fā)點(diǎn),設(shè)計(jì)研究了鎂基高阻尼金屬材料的制備方法,以期為減振降噪阻尼材料的開(kāi)發(fā)和研究提供參考。從宏觀結(jié)構(gòu)入手,采用合金攪拌鑄造法制備了閉孔多孔鎂合金。通過(guò)考察孔隙率和孔徑與Mg、Al和Sr三種元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系發(fā)現(xiàn),當(dāng)Sr含量固定在3%、Mg含量從25%增加到55%時(shí),孔隙率和孔徑隨著Mg含量的增加而變大;Mg含量從55%增加到70%時(shí),孔隙率和孔徑隨著Mg含量的增加而急劇下降。當(dāng)Mg含量固定在50%、Sr含量從1%增加到7%時(shí),孔隙率和孔徑逐漸增大,當(dāng)Sr含量大于5%時(shí),孔型發(fā)生畸變,且基體脆性增大。通過(guò)微觀觀察和成分分析,可推測(cè)成孔機(jī)理為:鎂合金熔體在空氣中澆鑄時(shí),化學(xué)性質(zhì)最活潑的Sr首先與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng),同時(shí)放出大量的熱,釋放出的熱量使熔沸點(diǎn)較低的鎂鋁鍶三元合金發(fā)生氣化而形成氣孔。進(jìn)一步考察多孔鎂合金阻尼性能發(fā)現(xiàn),從室溫到70℃過(guò)程中,多孔鎂合金的阻尼值與溫度關(guān)系不明顯,溫度高于70℃后隨著溫度的升高,阻尼值迅速增大,直至達(dá)到峰值急劇下降。同時(shí),阻尼值與振動(dòng)頻率有直接關(guān)系,總體上頻率越高阻尼值越大。特別值得指出的是[%Mg]=50%、[%Sr]=3%和[%Mg]=50%、[%Sr]=5%兩個(gè)試樣,阻尼值在較低溫度和較高溫度均較高,且具有較高的阻尼峰值。鑒于開(kāi)孔通孔多孔鎂比閉孔多孔鎂有更優(yōu)越的性能和更廣泛的應(yīng)用,利用超重力法制備了開(kāi)孔多孔鎂,在超重力的作用下氯化鈉顆粒在離心過(guò)程中被擠壓,密度變大,使實(shí)際多孔鎂樣品的孔隙率大于理論計(jì)算的孔隙率。通過(guò)對(duì)不同孔徑開(kāi)孔多孔鎂壓縮性能進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn),隨著孔徑的增大相同應(yīng)變量下的應(yīng)力減小。通過(guò)對(duì)不同重力系數(shù)下開(kāi)孔多孔鎂壓縮性能的測(cè)試發(fā)現(xiàn)壓縮過(guò)程中隨著重力系數(shù)的增大,相同壓縮應(yīng)變量下的壓縮應(yīng)力略有增大。值得特別指出的是,無(wú)論是何種孔徑和超重力系數(shù),此方法制備的開(kāi)孔多孔鎂的壓縮曲線均具有較長(zhǎng)的平臺(tái)區(qū),應(yīng)變嚴(yán)重滯后于應(yīng)力,平臺(tái)區(qū)域均呈現(xiàn)出光滑且緩慢上升的趨勢(shì),即此多孔鎂樣品都具有良好的吸能能力和阻尼性能。同時(shí),此法制備的多孔鎂在壓縮過(guò)程中并沒(méi)有發(fā)生脆性崩塌斷裂,說(shuō)明其具有較強(qiáng)韌的金屬骨架。為了考察微觀界面對(duì)鎂基金屬材料阻尼性能的影響,采用攪拌鑄造法制得含有微量氧化物的SiCp/Mg復(fù)合材料。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行顯微組織觀察和成分分析,發(fā)現(xiàn)所制備的SiCp/Mg復(fù)合材料基體晶界處分布著附著有氧化物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),且隨著SiCp含量的增加,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增多,分布更加分散。通過(guò)對(duì)其阻尼性能考察發(fā)現(xiàn),隨著頻率的增加,阻尼值減小;隨著SiCp含量的增加,起始阻尼值增大;隨著應(yīng)變量的增加,阻尼值逐漸增大。SiCp含量為3%和4%時(shí),在應(yīng)變范圍內(nèi)出現(xiàn)峰值,且SiCp含量為4%時(shí)比3%時(shí)峰值在應(yīng)變量較小時(shí)出現(xiàn),越過(guò)峰值后,阻尼值逐漸減小,頻率越高減小速度越慢。隨著溫度的升高,阻尼值逐漸增大,并且出現(xiàn)第一個(gè)阻尼峰值的溫度值隨著SiCp含量的增加而降低。在全應(yīng)變和全溫度范圍內(nèi)所有試樣均表現(xiàn)出較高的阻尼值。同時(shí),樣品的G-L線表現(xiàn)出有一小段應(yīng)變振幅變化范圍內(nèi)為直線,其它部分為曲線,即材料內(nèi)部產(chǎn)生阻尼的機(jī)制一部分為位錯(cuò)阻尼機(jī)制,另一部分為界面滑移阻尼機(jī)制。鎂基復(fù)合材料多采用實(shí)心的顆粒、纖維、晶須等添加相,為了制備具有空心結(jié)構(gòu)為添加相的鎂基復(fù)合材料,以空心粉煤灰漂珠為添加相,利用超重力法制備了原位生成具有完好球面Mg_2Si-MgO生成相的鎂基復(fù)合材料。對(duì)試樣進(jìn)行顯微組織觀察及成分分析發(fā)現(xiàn),Mg基體內(nèi)既有球面的Mg_2Si-MgO相,又分散著極少量的碎裂細(xì)小的Mg_2Si-MgO相。對(duì)其阻尼特性進(jìn)行考察發(fā)現(xiàn),隨著應(yīng)變量的增大,阻尼值迅速增大,達(dá)到最大值后略微有下降趨勢(shì);隨著溫度的增大阻尼值逐漸增大。基體內(nèi)Mg_2Si-MgO的球面結(jié)構(gòu)的影響,使全應(yīng)變和全溫度范圍內(nèi)試樣均表現(xiàn)有較高的阻尼值。通過(guò)繪制試樣的G-L線可以發(fā)現(xiàn)此鎂基金屬材料的阻尼機(jī)制也是位錯(cuò)阻尼機(jī)制與界面阻尼機(jī)制共同存在。
【圖文】：

鎂基金屬材料阻尼應(yīng)變響應(yīng)機(jī)制研究力，N；變；以看出，在彈性變形過(guò)程中應(yīng)變與應(yīng)力成正比例關(guān)系果施加應(yīng)力為周期性變化時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變相位相同[4程為理想彈性，但實(shí)際上應(yīng)力與應(yīng)變之間難以滿足非理想彈性。在非理想彈性變形過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生阻尼分為滯彈性和粘彈性。滯彈性是與時(shí)間有關(guān)的彈性線性關(guān)系）和非線性滯彈性（應(yīng)力應(yīng)變?yōu)榉蔷�性關(guān)應(yīng)力作用時(shí)，材料既表現(xiàn)出彈性又表現(xiàn)出粘性。因線性滯彈性阻尼或粘彈性阻尼[5]，應(yīng)力應(yīng)變橢圓形示。

圖 1.2 在周期應(yīng)力作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Figure 1.2 Stress-strain relationship under cyclic stress定義[8-10]：(cossin)00 eEiia E " E' iE" E'(1 i )尼材料的損耗正切（損耗因子或阻尼系數(shù)）。的阻尼性能時(shí)，，常采用損耗正切來(lái)表示振動(dòng)過(guò)程中一個(gè)周期內(nèi)損耗模量與存儲(chǔ)模量的比值即為損耗正 tan " E
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2633895