Mg-Zn-Y合金中LPSO相的调控及其对阻尼和力学性能的影响机制研究

发布时间：2020-08-28 15:51

　　随着现代工业的迅猛发展,振动和噪声问题变得尤为突出,当前迫切需求实现结构轻量化和减振降噪的新型材料。具有低密度、高阻尼的镁及镁合金能满足上述需求,但镁合金的阻尼与力学性能难以兼得,也制约了它的发展。研究发现长周期堆垛有序相(long-period stacking ordered,LPSO)的引入能同时提高镁合金的阻尼和力学性能,这为开发新型高强高阻尼镁合金提供新的思路。针对上述现状,本文首先选取Mg-Zn-Y合金为实验对象,根据Y/Zn比设计不同LPSO含量的Mg-Zn-Y合金,研究LPSO相含量对镁合金的阻尼与力学的影响。实验结果表明,适量的LPSO相的引入能同时提高镁合金的阻尼与力学性能,但过多的LPSO相会恶化合金的塑性并降低阻尼性能。设计LPSO体积分数约为48%和64%的合金,分别在高应变和低应变下的展现最高的阻尼性能。并通过定向凝固制备得到几乎由LPSO相组成的Mg86Zn6Y8(at.%)合金,其阻尼性能明显低于纯镁。这些均说明“LPSO相能同时提高镁合金阻尼与力学”的现象并非由于LPSO相自身的阻尼特性造成的。然后,研究了热处理对Mg-Zn-Y合金中LPSO相调控及其对阻尼与力学性能的影响。通过热处理在Mg95.34Zn2Y2.66(at.%)两相合金中获得了晶界块状、杆状、晶内层片状等不同形貌的LPSO相。在540℃时热处理后,可获得14H结构的杆状形貌LPSO相,在此过程中,还与热处理温度、时间和试样初始状态相关。400℃下热处理后,可在晶内析出14H结构的层片状的LPSO相,该LPSO相的析出与基体中固溶原子含量有密切关系。实验结果显示,晶界处块状和晶内层片状LPSO相更加有利于合金的力学,而杆状LPSO相更有利于阻尼性能。其次,研究了变形工艺对不同LPSO形态Mg-Zn-Y合金的阻尼与力学性能影响。结果表明,挤压变形会提高合金的力学,但严重降低合金的阻尼。经过540℃×4h热处理,挤压态Mg93Zn3Y4(at.%)和Mg95.34Zn2Y2.66(at.%)中能形成大量杆状LPSO相,挤压态Mg97.67Zn1Y1.33(at.%)中形成层片状和少量杆状LPSO相。热处理后阻尼性能得到提升,但力学大幅降低。在不同LPSO形态合金经过轧制变形后,含有适量的杆状形貌的Mg-Zn-Y合金有更高的力学与阻尼性能。也再次说明通过LPSO相形貌控制可实现Mg-Zn-Y合金阻尼与力学的平衡优化。随后,研究Mn元素对Mg-Zn-Y合金微观组织、阻尼及力学的影响。在Mg-Mn二元合金中,基体中的Mn能给合金引入位错,并大幅提高高应变阶段的阻尼性能,但过量的Mn颗粒会导致位错阻塞,从而降低阻尼性能。Mg-Zn-Y-Mn体系中,Mn的添加能提高合金的力学性能,并避免阻尼性能降低。在热处理后,Mn颗粒会将原本会聚集成杆的LPSO相分割成大量细小的LPSO块状相,有利于合金塑性。实验结果表明,通过Mn颗粒与热处理的协同作用,可改变热处理过程中LPSO相的形貌,并提高合金的综合性能。最后,基于上述研究,设计并开发新型高阻尼Mg-Zn-Y合金,并总结出杆状模型和框架式模型两种阻尼与力学的平衡优化调控模型。其中杆状模型更有利于合金的力学性能,而框架式模型更容易获得高阻尼特性。在此基础上,对制备高阻尼高强度镁合金准则提出了自己的见解。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TG146.22

【参考文献】