镁合金电磁屏蔽性能的研究

发布时间：2017-04-13 20:30

  本文关键词：镁合金电磁屏蔽性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：日益增多的电子产品及电气设备使得电磁辐射污染越发严峻,急需发展高效屏蔽材料。镁合金是一种潜在在电磁屏蔽材料,其与传统金属屏蔽材料相比,具有密度低,质量轻,比强度高的优势;与泡沫屏蔽材料、涂层、复合屏蔽材料相比,具有优良的力学性能、电磁屏蔽性能且对环境友好,还可用做工程结构材料。然而,国内外关于镁合金电磁屏蔽性能的研究十分有限,影响因素及相关屏蔽机理还不清楚。本文通过矢量网络分析仪与法兰同轴夹具组成的系统,按照ASTM-D4935-10标准测试了镁合金在30~1500MHz频率范围内的屏蔽性能;研究了合金元素对二元及三元镁合金电磁屏蔽性能的影响规律;探讨了晶粒度、织构及第二相与镁合金电磁屏蔽性能之间的关系;模拟计算了镁合金的电磁屏蔽性能并与实验结果进行了对比分析;提出了高性能镁合金屏蔽材料的设计思路。论文的研究成果有利于推动镁合金材料在电磁兼容领域的应用,具有重要的理论参考价值和工程应用意义。研究结果如下:①在铸态和固溶态下,所选5组二元合金的电导率随成分的增加而逐渐降低,电磁屏蔽性能随测试频率的增加而波动递减。固溶原子在镁基体里的 比电阻率‖(即每添加一原子百分比溶质原子导致的电阻率的增加值)及其对镁合金电磁屏蔽性能的影响大小满足以下相同的规律:ZnAlSnYGd(at.%)。其中,溶质原子与Mg原子的体积差异率、溶质原子的化合价及核外电子分布等因素的综合作用是导致这种差异的主要原因。②在ZA系合金中,合金的电导率随着Zn/Al比的增加而增加;在ZW系合中,合金的电导率随着Y/Zn比的增加而降低。合金元素对三元镁合金电导率的影响满足ZnAlY的规律。当入射电磁波处于低频段时,ZA及ZW系合金的电磁屏蔽效能与其对应电导率变化趋势一致,且随着频率的增加,SE值快速降低。这归因于Zn、Al、Y对镁基体电导率影响程度不同,导致在低频时对电磁波的反射损耗SER不同。当入射电磁波在高频段时,ZA及ZW合金的电磁屏蔽效能与电导率变化趋势不同,而是随着合金元素含量的增加先升高后降低,且随着频率的增加,SE值缓慢降低并趋于稳定。这归因于合金元素增加使得第二相含量上升,进而增加了合金内部高阻抗不连续界面的面积,导致在高频阶段时多重反射损耗SEB及吸收损耗SEA的上升,一定程度上弥补了SER降低带来的影响。③镁合金晶粒尺寸增大会减小合金内部的晶界面积,导致合金内部对入射电磁波的多重反射损耗SEB减小,进而降低合金的屏蔽性能,但降低幅度较低,通常可以忽略。镁合金织构从原始态的随机织构转变为基面织构时,合金的屏蔽效能得到显著提升;若基面织构强度进一步增加,屏蔽效能也随之少量提高。这是由于基面织构提高了合金表面与空气的阻抗不匹配程度,从而提高了合金对入射电磁波的反射损耗SER,进而提高了合金的屏蔽性能。④镁合金中的第二相类型的变化对镁合金电磁屏蔽性能造成的影响不显著。当第二相含量增加时,会导致镁合金屏蔽性能的升高,特别是在高频范围内;但若第二相含量过多,将导致合金电导率降低,从而降低合金的电磁屏蔽性能。时效析出的均匀弥散分布的第二相相比铸态中沿晶界析出的第二相,更有利于对入射电磁波的损耗,从而可通过时效处理来提高合金的电磁屏蔽性能。垂直于电磁波入射方向取向分布的第二相,相比于其它方向分布的第二相对入射电磁波的衰减效率更高。⑤等效传输线屏蔽理论只能定性的预测屏蔽材料的屏蔽性能,与实验测试结果相差很大,且随着入射电磁波频率的升高,理论计算值与实际测试值偏差越大。高性能电磁屏蔽镁合金材料的设计需要从合金元素的选择、织构及第二相的调控等方面着手。
【关键词】：镁合金 电磁屏蔽 电导率 合金元素 织构 第二相
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-28
• 1.1 电磁屏蔽材料的研究现状10-22
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 屏蔽原理11-17
• 1.1.3 测试方法17-18
• 1.1.4 研究现状18-22
• 1.2 镁合金电磁屏蔽性能研究现状22-25
• 1.2.1 镁合金的基本性质22-23
• 1.2.2 镁合金电磁屏蔽材料的优势23-24
• 1.2.3 镁合金电磁屏蔽性能研究现状24-25
• 1.3 课题研究目的及意义25-26
• 1.4 研究内容及成果26-28
• 1.4.1 研究内容26-27
• 1.4.2 技术路线27
• 1.4.3 成果及创新点27-28
• 2 Mg-X二元合金的电磁屏蔽性能28-50
• 2.1 引言28
• 2.2 实验材料及方法28-32
• 2.2.1 合金设计28-29
• 2.2.2 合金制备29
• 2.2.3 合金固溶处理29-30
• 2.2.4 分析测试方法30-32
• 2.3 二元合金的组织及电磁屏蔽性能32-44
• 2.3.1 Mg-Zn32-34
• 2.3.2 Mg-Al34-36
• 2.3.3 Mg-Sn36-39
• 2.3.4 Mg-Y39-41
• 2.3.5 Mg-Gd41-44
• 2.4 分析与讨论44-48
• 2.5 本章小结48-50
• 3 Mg-Zn-X三元体系电磁屏蔽性能50-68
• 3.1 引言50
• 3.2 实验材料及方法50-52
• 3.2.1 合金设计50
• 3.2.2 合金制备50-51
• 3.2.3 分析测试方法51-52
• 3.3 Mg-Zn-Al合金的组织及电磁屏蔽性能52-58
• 3.3.1 显微组织52-56
• 3.3.2 电磁屏蔽性能56-58
• 3.4 Mg-Zn-Y合金的组织及电磁屏蔽性能58-65
• 3.4.1 显微组织58-63
• 3.4.2 电磁屏蔽性能63-65
• 3.5 分析与讨论65-67
• 3.6 本章小结67-68
• 4 晶粒度及织构对镁合金电磁屏蔽性能的影响68-84
• 4.1 引言68
• 4.2 实验材料及方法68-70
• 4.2.1 合金设计及制备68
• 4.2.2 合金的轧制变形68-69
• 4.2.3 分析测试方法69-70
• 4.3 晶粒度对镁合金电磁屏蔽性能的影响70-74
• 4.3.1 显微组织70-72
• 4.3.2 电磁屏蔽性能72-74
• 4.4 织构对镁合金电磁屏蔽性能的影响74-78
• 4.4.1 显微组织74-76
• 4.4.2 电磁屏蔽性能76-78
• 4.5 分析与讨论78-82
• 4.5.1 晶粒度对电磁屏蔽性能的影响机理78-79
• 4.5.2 织构对电磁屏蔽性能的影响机理79-82
• 4.6 本章小结82-84
• 5 第二相对镁合金电磁屏蔽性能的影响84-104
• 5.1 引言84
• 5.2 实验材料及方法84-85
• 5.3 第二相含量及形态对镁合金电磁屏蔽性能的影响85-88
• 5.3.1 显微组织85-87
• 5.3.2 电磁屏蔽性能87-88
• 5.4 第二相类型对镁合金电磁屏蔽性能的影响88-90
• 5.4.1 显微组织88-89
• 5.4.2 电磁屏蔽性能89-90
• 5.5 第二相取向对镁合金电磁屏蔽性能的影响90-100
• 5.5.1 显微组织90-96
• 5.5.2 电磁屏蔽性能96-100
• 5.6 分析讨论100-103
• 5.6.1 第二相含量及形态对屏蔽性能的影响机理100-102
• 5.6.2 第二相类型对屏蔽性能的影响机理102
• 5.6.3 第二相取向对屏蔽性能的影响机理102-103
• 5.7 本章小结103-104
• 6 镁合金电磁屏蔽性能的模拟计算与实验对比分析104-118
• 6.1 引言104
• 6.2 屏蔽性能模拟计算104-111
• 6.2.1 单一均匀平面屏蔽体模型104-107
• 6.2.2 多重均匀平面屏蔽体模型：107-111
• 6.3 屏蔽效能计算值与实际值对比111-114
• 6.4 高屏蔽性能镁合金的设计思路114-117
• 6.5 本章小结117-118
• 7 结论与展望118-122
• 7.1 主要结论118-119
• 7.2 后续研究工作的展望119-122
• 致谢122-124
• 参考文献124-136
• 附录136
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录136
• B. 作者在攻读学位期间申请的专利目录136

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 董海原;王炳彦;;警惕电磁辐射的危害[J];健康向导;2012年04期

2 宣天鹏;杨广舟;杨礼林;琚正挺;;Study on Electromagnetic Shielding Effectiveness of Ni-P-La Alloy Coatings[J];Journal of Rare Earths;2006年S1期

3 ;Effects of icosahedral phase formation on the microstructure and mechanical improvement of Mg alloys:A review[J];Progress in Natural Science:Materials International;2012年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 赵永昌;打印机的电磁兼容研究[D];华东师范大学;2011年

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本文编号：304432