隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展,振動(dòng)和噪聲問題變得尤為突出,當(dāng)前迫切需求實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化和減振降噪的新型材料。具有低密度、高阻尼的鎂及鎂合金能滿足上述需求,但鎂合金的阻尼與力學(xué)性能難以兼得,也制約了它的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)長周期堆垛有序相(long-period stacking ordered,LPSO)的引入能同時(shí)提高鎂合金的阻尼和力學(xué)性能,這為開發(fā)新型高強(qiáng)高阻尼鎂合金提供新的思路。針對上述現(xiàn)狀,本文首先選取Mg-Zn-Y合金為實(shí)驗(yàn)對象,根據(jù)Y/Zn比設(shè)計(jì)不同LPSO含量的Mg-Zn-Y合金,研究LPSO相含量對鎂合金的阻尼與力學(xué)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,適量的LPSO相的引入能同時(shí)提高鎂合金的阻尼與力學(xué)性能,但過多的LPSO相會(huì)惡化合金的塑性并降低阻尼性能。設(shè)計(jì)LPSO體積分?jǐn)?shù)約為48%和64%的合金,分別在高應(yīng)變和低應(yīng)變下的展現(xiàn)最高的阻尼性能。并通過定向凝固制備得到幾乎由LPSO相組成的Mg86Zn6Y8(at.%)合金,其阻尼性能明顯低于純鎂。這些均說明“LPSO相能同時(shí)提高鎂合金阻尼與力學(xué)”的現(xiàn)象并非由于LPSO相自身的阻尼特性造成的。然后,研究了熱處理對Mg-Zn-Y合金中LPSO相調(diào)控及其對阻尼與力學(xué)性能的影響。通過熱處理在Mg95.34Zn2Y2.66(at.%)兩相合金中獲得了晶界塊狀、桿狀、晶內(nèi)層片狀等不同形貌的LPSO相。在540℃時(shí)熱處理后,可獲得14H結(jié)構(gòu)的桿狀形貌LPSO相,在此過程中,還與熱處理溫度、時(shí)間和試樣初始狀態(tài)相關(guān)。400℃下熱處理后,可在晶內(nèi)析出14H結(jié)構(gòu)的層片狀的LPSO相,該LPSO相的析出與基體中固溶原子含量有密切關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,晶界處塊狀和晶內(nèi)層片狀LPSO相更加有利于合金的力學(xué),而桿狀LPSO相更有利于阻尼性能。其次,研究了變形工藝對不同LPSO形態(tài)Mg-Zn-Y合金的阻尼與力學(xué)性能影響。結(jié)果表明,擠壓變形會(huì)提高合金的力學(xué),但嚴(yán)重降低合金的阻尼。經(jīng)過540℃×4h熱處理,擠壓態(tài)Mg93Zn3Y4(at.%)和Mg95.34Zn2Y2.66(at.%)中能形成大量桿狀LPSO相,擠壓態(tài)Mg97.67Zn1Y1.33(at.%)中形成層片狀和少量桿狀LPSO相。熱處理后阻尼性能得到提升,但力學(xué)大幅降低。在不同LPSO形態(tài)合金經(jīng)過軋制變形后,含有適量的桿狀形貌的Mg-Zn-Y合金有更高的力學(xué)與阻尼性能。也再次說明通過LPSO相形貌控制可實(shí)現(xiàn)Mg-Zn-Y合金阻尼與力學(xué)的平衡優(yōu)化。隨后,研究Mn元素對Mg-Zn-Y合金微觀組織、阻尼及力學(xué)的影響。在Mg-Mn二元合金中,基體中的Mn能給合金引入位錯(cuò),并大幅提高高應(yīng)變階段的阻尼性能,但過量的Mn顆粒會(huì)導(dǎo)致位錯(cuò)阻塞,從而降低阻尼性能。Mg-Zn-Y-Mn體系中,Mn的添加能提高合金的力學(xué)性能,并避免阻尼性能降低。在熱處理后,Mn顆粒會(huì)將原本會(huì)聚集成桿的LPSO相分割成大量細(xì)小的LPSO塊狀相,有利于合金塑性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過Mn顆粒與熱處理的協(xié)同作用,可改變熱處理過程中LPSO相的形貌,并提高合金的綜合性能。最后,基于上述研究,設(shè)計(jì)并開發(fā)新型高阻尼Mg-Zn-Y合金,并總結(jié)出桿狀模型和框架式模型兩種阻尼與力學(xué)的平衡優(yōu)化調(diào)控模型。其中桿狀模型更有利于合金的力學(xué)性能,而框架式模型更容易獲得高阻尼特性。在此基礎(chǔ)上,對制備高阻尼高強(qiáng)度鎂合金準(zhǔn)則提出了自己的見解。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TG146.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2807789