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SnO2涂覆Al18B4O33晶须增强铝基复合材料的阻尼及力学性能

2020-12-06阅读(214)

SnO2涂覆Al18B4O33晶须增强铝基复合材料的阻尼及力学性能

论文摘要

本文系统研究了晶须表面涂覆SnO2对硼酸铝晶须增强铝基复合材料阻尼及室温力学性能的影响。采用挤压铸造法制备了SnO2和ABOw质量比分别为0:1,1:20,1:10,1:6的复合材料,晶须体积分数均为20%。观察分析了表面涂覆SnO2的硼酸铝晶须及其增强的纯铝基复合材料的微观组织结构,研究了涂覆量在不同频率及应变振幅下对复合材料阻尼性能的影响。SEM、TEM观察及XRD物相检测结果表明,SnO2均匀地涂覆在晶须表面,并在后续的复合材料挤压铸造制备过程中利用基体和SnO2的界面反应成功地在界面处引入了低熔点Sn。低熔点Sn的引入改善了界面状态及基体中的位错组态,引起了纯铝基复合材料阻尼及室温力学性能的变化。首次发现晶须涂覆复合材料中存在两个明显的阻尼峰P1和P2,涂覆量及应变振幅强烈地影响着复合材料的阻尼性能,尤其在P2峰处更为显著。研究表明,P1、P2峰的峰位均随着频率的升高向高温移动,符合Arrehenius关系,说明两峰均受热激活作用。随应变增大,P1向低温移动,P1的阻尼机制归因于位错及晶须与Sn的界面微滑移,因为P1不仅依赖应变而且依赖涂覆量。P2的阻尼机制在不同的应变下发生变化,占主导地位的阻尼机制从Sn的熔化阻尼过渡到晶须与基体的界面阻尼,当温度超过330℃时,其阻尼机制主要为晶界阻尼。室温下复合材料的阻尼-应变谱表明,室温下各种涂覆量复合材料的阻尼值基本保持一致。随着应变振幅的增加,复合材料阻尼由两部分组成,即与应变振幅无关及与应变振幅相关的阻尼,而与应变振幅相关的阻尼又可分为阻尼随应变振幅缓慢增加并出现微弱阻尼峰和快速增加两阶段。它们分别对应于位错阻尼及界面微滑移阻尼机制。从晶须涂覆复合材料的室温拉伸实验可知,随着晶须表面涂覆量的增加,基体与增强体之间的润湿性提高,界面结合强度由于界面反应数量的增加而得到进一步加强,从而引起室温阻尼在大应变下因界面不易滑移而下降,力学性能因界面结合状态改善而得到提高。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景及意义
  • 1.2 阻尼性能的表征与测量
  • 1.2.1 能耗系数η与正切角φ
  • 1.2.2 比阻尼ψ
  • 1.2.3 对数衰减率δ
  • -1'>1.2.4 品质因素倒数Q-1
  • 1.2.5 各阻尼参数间的联系
  • 1.3 高阻尼金属基复合材料的发展途径与研究概况
  • 1.3.1 基体的阻尼性能
  • 1.3.2 增强体的阻尼性能
  • 1.3.3 界面阻尼设计及界面对材料力学性能的影响
  • 1.3.4 热处理工艺对阻尼的影响
  • 1.4 材料的阻尼机制
  • 1.4.1 位错阻尼机制
  • 1.4.2 界面滑移机制
  • 1.4.3 晶界滑移机制
  • 1.4.4 外因对阻尼机制的影响
  • 1.5 本文研究的目的和主要内容
  • 第2章 试验材料及方法
  • 2.1 复合材料的制备
  • 2.1.1 材料制备工艺
  • 2.1.2 试验材料
  • 2.2 试验方法
  • 2.2.1 组织形貌观察
  • 2.2.2 物相分析
  • 2.2.3 阻尼性能测试
  • 2.2.4 室温力学性能测试
  • 第3章 晶须涂覆复合材料界面与基体微观组织结构
  • 3.1 引言
  • 3.2 涂覆后硼酸铝晶须的组织结构
  • 3.3 复合材料的组织与结构
  • 3.3.1 涂覆复合材料的SEM、TEM观察及XRD分析
  • 3.3.2 复合材料中基体形貌
  • 3.4 分析与讨论
  • 3.4.1 界面反应及其形貌
  • 3.4.2 基体的组织形貌
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 晶须涂覆复合材料的阻尼温度谱与阻尼机制
  • 4.1 引言
  • 4.2 频率f对复合材料阻尼性能的影响
  • 4.2.1 ABOw/Al复合材料的频率特性及模量
  • 2/Al阻尼性能的影响'>4.2.2 频率对ABOw/SnO2/Al阻尼性能的影响
  • 4.3 应变ε对复合材料阻尼性能的影响
  • 4.3.1 应变对ABOw/Al阻尼温度谱的影响
  • 2/Al阻尼温度谱的影响'>4.3.2 应变对ABOw/SnO2/Al阻尼温度谱的影响
  • 4.4 晶须表面涂覆量对复合材料阻尼性能的影响
  • 4.5 分析与讨论
  • 4.5.1 复合材料的基本阻尼规律
  • 4.5.2 低温阻尼机制
  • 4.5.3 中温阻尼峰P2
  • 4.5.4 Sn对复合材料阻尼的贡献
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 晶须涂覆复合材料的室温力学性能及室温阻尼应变谱
  • 5.1 引言
  • 5.2 复合材料的室温力学性能
  • 5.2.1 材料拉伸曲线
  • 5.2.2 断口形貌
  • 5.3 涂覆复合材料的室温阻尼应变谱
  • 5.4 分析与讨论
  • 5.4.1 晶须涂覆复合材料的室温力学性能
  • 5.4.2 室温阻尼应变谱
  • 5.4.3 晶须表面涂覆对材料综合性能的影响
  • 5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录 材料能耗系数η推导
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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