Mg/Al、Mg/粘弹材料复合板的制备及力学和阻尼性能研究

摘要

镁及其合金除了具有密度小、比强度高、电磁屏蔽能力好等优点外，还是阻尼性能最好的金属结构材料之一，在材料轻量化及减振降噪的应用十分具有潜力。然而镁合金的强度较低，耐蚀性较差，这也制约了它在实际生产中的广泛应用。材料的复合化是开发新型材料的一种有效方法，可以结合不同材料的性能特征，弥补各组元材料的不足，得到综合性能优异的复合材料。因此，本文以镁为基础，通过“金属和金属”以及“金属和非金属”这两种复合方式，制备出 Al/Mg/Al三明治结构复合板和Mg/玻璃纤维增强环氧树脂复合板，并主要对其力学性能、阻尼性能及振动性能进行研究，为镁基复合板的开发应用打好基础。
　　采用热轧工艺得到由不同初始厚度Al、Mg板制备而成的Al/Mg/Al三明治结构复合板，并根据复合板中Al、Mg层的厚度，制备出了单层纯Al轧板及纯Mg轧板。复合板的界面平直，没有孔洞裂纹等不稳定因素，界面结合良好。Al、Mg层的相对含量对复合板的力学性能有较大影响。复合板的室温阻尼性能介于其单层纯Mg、纯Al的阻尼性能之间，主要受其中Mg层的影响，并保留了Mg层高阻尼的特性，而复合板的高温阻尼性能则主要受其中Al层的影响。在对复合板的退火中确定了最佳退火工艺为250℃退火2h，促进界面原子扩散的同时没有形成对界面不利的金属间化合物 Mg2Al3。退火过后，复合板的屈服强度、抗拉强度有所下降，延伸率则略有提高。此外，退火工艺对复合板的室温阻尼性能有较大影响，在低温短时间退火会使复合板的室温阻尼性能有所下降，但在低温长时间退火或高温下退火时，复合板的阻尼性能则明显提高。复合板的室温阻尼性能受到其单层组元阻尼性能以及界面效应的双重影响，随着退火时间的延长、退火温度的升高，界面效应对复合板的阻尼性能发生由不利到有利的转变。1.5mmAl/3mmMg/1.5mmAl复合板在振动测试中始终具有最好的减振效果。
　　采用真空灌注法制备Mg/玻璃纤维增强环氧树脂复合板。增强玻璃纤维对复合板的力学性能有较大影响，并且增加玻璃纤维布层数能明显提高复合板的屈服强度。而增加Mg板厚度，复合板的屈服强度和抗拉强度有所下降，延伸率略有提高，但整体相比玻璃纤维而言，Mg板对复合板的力学性能影响较小。Mg/玻璃纤维增强环氧树脂复合板的阻尼性能在低应变下基本满足复合材料混合定律，而在高应变下则较为不符合，这与复合板的结合效果有关。玻璃纤维布层数和Mg板厚度，对复合板的阻尼性能影响不大，但对振动性能有显著影响。改变玻璃纤维布层数主要是通过影响复合板的最大响应加速度来影响其最大响应位移，改变Mg板厚度主要是通过影响复合板的固有频率来影响其最大响应位移，并且随着玻璃纤维布层数的增加或者Mg板厚度的增加，复合板的减振性能均越来越好。

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1 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 金属复合板的研究进展

1.3 纤维金属层合板的研究进展

1.4 本文主要研究内容

2 实验材料与研究方法

2.1 Al/Mg/Al三明治结构复合板的制备

2.2 Mg/玻璃纤维增强环氧树脂复合板的制备

2.3 分析测试方法

3 Al/Mg/Al复合板的力学和阻尼性能研究

3.1 引言

3.2 Al/Mg/Al复合板的显微组织和室温力学性能

3.3 Al/Mg/Al复合板的阻尼性能及振动性能

3.4 退火处理对Al/Mg/Al复合板界面和力学性能的影响

3.5 退火处理对Al/Mg/Al复合板阻尼性能的影响

3.6 本章小结

4 Mg/玻璃纤维增强环氧树脂复合板的力学和阻尼性能研究

4.1 引言

4.2 纤维层数对Mg/玻璃纤维增强环氧树脂复合板性能的影响

4.3 镁板厚度对Mg/玻璃纤维增强环氧树脂复合板性能的影响

4.4 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表论文目录：

B. 作者在攻读学位期间取得的奖励：