AI基高阻尼复合材料的累积叠轧焊法(ARB)制备与性能研究

摘要

近年来，Al基复合材料因高强度、高刚度、低密度等优良特性，受到广泛关注。但目前主要的研究侧重于轻量化、高强度等方面，对Al基复合材料阻尼性能的研究比较少。本论文采用累积叠轧焊方法，将具有室温高阻尼性能的Li6.75La3Zr1.75Nb0.25O12(LLZNO)陶瓷颗粒和M2052(Mn-Cu)合金颗粒分别作为强化相与铝基体复合，利用硬质颗粒的本征阻尼和弥散强化效果制备出力学性能和室温阻尼性能优异的铝基复合材料。同时，第二相的添加，引入大量的两相结合界面和位错，这些也可以促进材料的阻尼。本论文通过力学拉伸、显微硬度、内耗等主要测试方法，结合XRD、SEM、EDS等微结构分析手段，研究了轧制道次、热处理等制备工艺和第二相颗粒的添加对复合材料结构和性能的影响。本论文所取得的主要研究成果和创新之处如下:
　　(1)累积叠轧焊法属于低温固相复合，不仅工艺和设备简单，且不需要考虑增强颗粒与Al基熔点和密度的不同以及润湿角等问题，制得的铝基复合材料第二相分布比较均匀，界面结合良好。此外通过这种大塑性变形的方法制备出的复合材料，在基体中引入了大量位错和细晶组织，因此其强化机制还包括细晶强化和位错强化。
　　(2)以室温附近阻尼性能优异的LLZNO陶瓷颗粒作为第二相添加物，采用累积叠轧焊法制得LLZNO/Al基复合材料，其中LLZNO质量分数为10％。10道次轧制后强化颗粒LLZNO分布均匀，和Al基体结合良好。复合材料最大拉伸强度为132MPa，是纯Al的2.5倍;硬度为66Hv，是纯铝的2.4倍;退火后虽然强度与硬度降低，但延伸率明显增高，达到了29％。复合材料在应变振幅降低至20×10-6的情况下，室温附近仍表现出较高的阻尼值(Q-1=0.009)，是纯Al的4.5倍，且退火几乎不影响其阻尼。
　　(3)累积叠轧焊法制备Mu-Cu合金颗粒强化型铝基复合材料，其中Mu-Cu质量分数为20％。13道次轧制后Mn-Cu颗粒均匀地分布在基体中，且没有金属间化合物生成，线扫能谱显示两相界面结合良好。Mn-Cu/Al基复合材料的最大拉伸强度为110MPa，是纯Al的2.1倍。420℃热时效处理后强度和硬度下降，但阻尼(Q-1=0.01)和塑性(20％)得到非常明显的提升。Mn-Cu/Al基复合材料的电阻率为2.64μΩ·cm，导电性能略低于纯铝，但远远高于几种常见的铝合金。
　　(4)相比于LLZNO陶瓷颗粒，金属Mn-Cu颗粒与Al基体的结合更好。在其质量分数较高的情况下，只需较低的形变量和室温轧制就可以使Mn-Cu颗粒和铝基体形成冶金结合，但本文中选用的Mn-Cu颗粒粒径较大(10μm)，是 LLZNO颗粒的5倍，因而其对复合材料的增强效果并不如LLZNO颗粒。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 材料的阻尼性能

1．2．1 阻尼的定义

1．2．2 阻尼的表征及测试方法

1．3 高阻尼材料的机理及分类

1．3．1 高阻尼材料的机理

1．3．2 高阻尼材料的分类

1．4 铝基高阻尼复合材料的研究概况

1．5 铝基高阻尼材料的制备方法

1．5．1 搅拌铸造法

1．5．2 粉末冶金法

1．5．3 喷射沉积法

1．5．4 累积叠轧焊法

1．6 阻尼测试技术

1．6．1 内耗谱

1．6．2 阻尼测试设备

1．7 本文的选题背景和主要研究内容

第二章 LLZNO／Al基复合材料的制备与性能研究

2．1 引言

2．2 实验

2．2．1 原材料的选择

2．2．2 复合材料的制备

2．2．3 表征测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 物相结构分析

2．3．2 微观结构分析

2．3．3 力学性能分析

2．3．4 阻尼性能分析

2．4 小结

第三章 Mn-Cu／Al基复合材料的制备与性能研究

3．1 引言

3．2 实验

3．2．1 原材料的选择

3．2．2 复合材料的制备

3．2．3 表征测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 物相结构分析

3．3．2 微观结构分析

3．3．3 力学性能分析

3．3．4 阻尼性能分析

3．3．5 导电性能分析

3．4 小结

第四章 总结与展望

4．1 总结

4．2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果