双尺度三维网络Ti2AlC/Mg基复合材料制备及其阻尼性能研究

摘要

本文以AZ91D镁合金作为基体，利用预制体浸渗镁液方法制备双尺度三维网络Ti2AlC/Mg基复合材料。研究了复合材料的制备工艺、组织结构、力学性能和阻尼性能，总结分析了其强化和阻尼产生机制。主要研究结果如下： 以理论模态分析研究并优化了双尺度多孔三维网络陶瓷板的结构,设计了相应的预压及烧结模具，形成相应的预压成型及烧结工艺。研究了复合材料的镁液负压辅助浸渗工艺及相关参数，最终制备出双尺度三维网络Ti2AlC/Mg基复合材料。 分析双尺度多孔三维网络Ti2AlC陶瓷板及复合材料的微观形貌可知，陶瓷板微观孔洞弥散连通且具有足够强度，可以作为镁液浸渗的骨架；复合材料组织均匀，含有少量盲孔，每处基体镁合金的四周都由Ti2AlC陶瓷增强相环绕且界面结合良好。由界面处EDS线扫结果及选区元素分析可知，镁液成功浸渗入Ti2AlC陶瓷相的极细孔隙中，且两相界面未发生任何反应。 复合材料相对于基体镁合金抗弯性能有一定提升，镁基体及陶瓷提供了较好的强度及韧性的协同，但是少量存在的盲孔影响了复合材料力学性能的进一步提升。复合材料相对镁基体具有更高的存储模量，在可供应用的范围内，复合材料的内耗值与镁合金基体相当。复合材料的主要阻尼机制可归结于其界面阻尼、位错阻尼及Ti2AlC陶瓷相中的弯折带对于应变能的消耗。对复合材料进行了微观模型重构并对其等效模量进行有限元预测，计算结果为31.25GPa。利用有限元分析进一步优化增强结构、提高三维多孔陶瓷孔隙率并改善浸渗工艺有望进一步提高镁基复合材料的强度及阻尼性能。

目录

第1章 绪论

1.1 背景及研究意义

1.2 镁基阻尼复合材料体系-结构研究现状

1.2.1 镁基复合材料体系研究现状

1.2.2 镁基阻尼复合材料增强结构型式

1.3 镁基复合材料制备方法研究现状

1.3.1 粉末冶金法

1.3.2 镁液浸渗法

1.3.3 搅拌铸造法

1.3.4 喷射沉积法

1.4 主要研究内容

第2章 实验材料及实验方法

2.1 实验材料及实验设备

2.2 复合材料的制备

2.2.1球磨混粉

2.2.2冷压成型

2.2.3 气氛烧结

2.2.4 镁液浸渗

2.3 组织结构分析

2.3.1光学显微镜分析

2.3.2 扫描电镜分析

2.4 材料性能测试及表征方法

2.4.1密度与孔隙率测试

2.4.2硬度测试

2.4.3抗弯性能测试

2.4.4 阻尼性能测试

第3章 双尺度多孔Ti2AlC陶瓷的制备

3.1 引言

3.2 微观多孔三维网络Ti2AlC陶瓷的制备

3.2.1预压压力及硬脂酸含量的选取

3.2.2 烧结规范的研究

3.3双尺度多孔三维网络Ti2AlC陶瓷板的设计及制备

3.3.1宏观三维网络孔结构的优化设计

3.3.2双尺度三维网络多孔陶瓷预压模具设计

3.3.3双尺度三维网络多孔陶瓷的烧结规范

3.4 双尺度三维网络多孔陶瓷的组织结构

3.4.1宏观结构特征

3.4.2微观孔结构特征

3.4.3 孔隙率

3.5 本章小结

第4章 双尺度三维网络Ti2AlC/Mg基复合材料的制备及其组织结构研究

4.1 引言

4.2 Ti2AlC/Mg基复合材料的制备

4.2.1 Ti2AlC-Mg界面润湿行为

4.2.2 Ti2AlC-Mg气氛条件下无压浸渗工艺研究

4.2.3 短时负压及辅助压力浸渗效果及其机理

4.3双尺度三维网络Ti2AlC/Mg基复合材料的表征

4.3.1宏观结构特征

4.3.2 微观结构特征

4.3.3 界面结构分析

4.4 本章小结

第5章 双尺度三维网络Ti2AlC/Mg基复合材料的性能研究

5.1 引言

5.2 Ti2AlC/Mg基复合材料的力学性能

5.2.1界面硬度分布

5.2.2 抗弯性能

5.3 双尺度三维网络Ti2AlC/Mg基复合材料阻尼性能研究

5.3.1 复合材料阻尼机制理论

5.3.2 双尺度三维网络Ti2AlC/Mg基复合材料阻尼性能

5.3.3 双尺度三维网络Ti2AlC/Mg基复合材料阻尼机制

5.3.4 镁基复合材料强度-阻尼性能的平衡及其优化设计

5.4 基于双尺度三维网络结构复合材料的微观模型重构及性能预测

5.4.1 有限元模型的建立

5.4.2 有限元法预测弹性性能

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

附录A 在学期间发表的学术论文与研究成果