高阻尼铝基复合材料的研究动向.pdf

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编号:20181208005342744159    类型:共享资源    大小:155.51KB    格式:PDF    上传时间:2019-02-16
  
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资源描述:
高 阻 尼 铝 基 复 合 材 料 的 研 究 动 向 李 沛 勇 戴 圣 龙 ( 北 京 航 空 材 料 研 究 院 , 北 京 l?0?0?0?9?5?) 摘 要 : 回 顾 了 传 统 阻 尼 合 金 的 阻 尼 特 征 和 近 年 来 高 阻 尼 铝 基 复 合 材 料 研 究 的 最 新 进 展 , 分 析 了 高 阻 尼 铝 基 复 合 材 料 的 阻 尼 机 制 , 由 此 提 出 了 其 设 计 准 则 。 特 别 展 望 了 铝 合 金 /?石 墨 和 铝 合 金 /? 锌 -?铝 合 金 两 类 高 阻 尼 铝 基 复 合 材 料 的 应 用 前 景 。 关 键 词 : 颗 粒 增 强 铝 基 复 合 材 料 ; 铝 合 金 /?锌 -?铝 合 金 复 合 材 料 ; 快 速 凝 固 /?粉 末 冶 金 法 ; 阻 尼 设 计 中 图 分 类 号 : T?G?l?4?6?.?2?文 献 标 识 码 : A?文 章 编 号 : l?0?0?5?-?5?0?5?3? ( 2?0?0?0?) 0?3?-?0?l?6?4?-?0?8? 铝 合 金 在 航 空 航 天 中 应 用 十 分 广 泛 , 但 其 阻 尼 性 能 ( 指 材 料 将 外 界 机 械 振 动 能 转 化 成 热 能 而 耗 散 于 材 料 和 环 境 中 的 能 力 , 通 常 用 内 耗 值 O?-? l?表 示 [ l?, 2?] ) 却 较 差 , 通 常 仅 约 l?0?-? 3?数 量 级 [ 3?] , 因 此 , 其 抗 振 能 力 较 差 。 火 箭 、 卫 星 失 效 分 析 结 果 表 明 , 约 三 分 之 二 的 故 障 与 振 动 和 噪 音 有 关 [ 4?] 。 飞 机 在 长 期 使 用 过 程 中 , 由 于 振 动 的 影 响 , 常 出 现 方 向 舵 、 机 尾 罩 萌 生 裂 纹 , 空 速 管 断 裂 , 以 及 座 舱 噪 音 等 问 题 。 现 代 航 空 航 天 工 业 的 发 展 要 求 金 属 结 构 材 料 同 时 具 有 较 好 的 力 学 和 阻 尼 性 能 , 以 提 高 飞 机 和 航 天 器 的 运 行 可 靠 性 和 寿 命 。 本 文 首 先 回 顾 传 统 阻 尼 合 金 的 阻 尼 特 征 和 近 年 来 高 阻 尼 铝 基 复 合 材 料 研 究 的 最 新 进 展 , 在 此 基 础 上 , 分 析 高 阻 尼 铝 基 复 合 材 料 的 阻 尼 机 制 , 并 提 出 一 些 设 计 准 则 。 l?传 统 阻 尼 合 金 及 其 特 点 迄 今 已 出 现 了 许 多 阻 尼 合 金 。 根 据 阻 尼 机 制 的 不 同 , 它 们 可 分 为 四 类 , 即 复 相 型 、 强 磁 性 型 、 孪 晶 型 和 位 错 型 ( 表 l?) [ l?, 3?, 5?, 6?] 。 这 些 阻 尼 合 金 的 阻 尼 性 能 通 常 超 过 l?0?-? 2?, 它 们 因 此 也 被 称 为 高 阻 尼 合 金 ( H?I?D?A?L?L?0?Y?S?) [ 6?] 。 其 中 , 孪 晶 型 M?H?-?C?u? 合 金 ( S?O?H?O?S?t?O?H?) 已 广 泛 用 作 潜 艇 的 螺 旋 桨 。 然 而 , 除 位 错 型 的 镁 合 金 外 , 其 他 阻 尼 合 金 的 密 度 通 常 超 过 5? X? l?0?3?k?g?/?m?3?, 导 致 其 比 强 度 、 比 刚 度 较 小 ; 位 错 型 的 镁 合 金 虽 具 有 比 铝 合 金 更 小 的 密 度 , 但 其 强 度 较 低 ( 通 常 小 于 3?0?0?M?P?a?) , 且 抗 腐 蚀 性 能 较 差 。 因 此 , 传 统 阻 尼 合 金 难 以 广 泛 用 于 航 空 航 天 领 域 [ 7?] 。 上 述 阻 尼 合 金 各 有 特 点 [ 3?, 5?, 6?] 。 从 阻 尼 机 制 类 型 看 , 复 相 型 阻 尼 合 金 的 阻 尼 机 制 属 动 滞 后 型 , 其 阻 尼 性 能 与 温 度 和 频 率 有 关 , 与 振 幅 无 关 ; 而 强 磁 性 型 、 孪 晶 型 和 位 错 型 合 金 的 阻 尼 机 制 则 属 静 滞 后 型 , 其 阻 尼 性 能 与 振 幅 有 关 , 与 温 度 和 频 率 无 关 。 从 性 能 和 应 用 特 点 看 , 复 合 型 阻 尼 合 金 随 温 度 升 高 阻 尼 性 能 明 显 提 高 , 可 在 高 温 下 使 用 。 强 磁 性 型 合 金 具 有 较 好 的 耐 收 稿 日 期 : 2?0?0?0?-?0?6?-?0?4?; 修 订 日 期 : 2?0?0?0?-?0?8?-?0?4? 作 者 简 介 : 李 沛 勇 ( l?9?6?7?-?) , 男 , 高 级 工 程 师 , 博 士 , 现 从 事 金 属 阻 尼 材 料 和 高 温 铝 合 金 研 究 。 4?6?l?航 空 材 料 学 报 第 2?0? 卷 蚀 性 能 、 加 工 性 能 和 焊 接 性 能 , 可 在 居 里 点 温 度 下 使 用 , 但 需 热 处 理 , 制 备 费 用 昂 贵 , 并 且 在 强 磁 场 中 、 静 载 荷 下 阻 尼 性 能 明 显 下 降 。 孪 晶 型 阻 尼 合 金 在 高 于 M?S? 点 温 度 以 上 不 能 使 用 。 位 错 型 阻 尼 合 金 可 在 应 力 下 使 用 , 但 在 l?5?0?C?下 合 金 发 生 应 变 时 效 , 其 阻 尼 性 能 明 显 下 降 。 这 些 阻 尼 合 金 中 , 复 相 型 和 位 错 型 阻 尼 合 金 的 特 性 比 较 适 合 航 空 和 航 天 工 作 环 境 的 要 求 , 其 阻 尼 机 制 可 用 于 设 计 高 阻 尼 铝 基 复 合 材 料 。 表 l?阻 尼 合 金 的 类 型 [ l?, 3?, 5?, 6?] T?a?b?1?e? l?T?y?p?e?S? O?f? c?a?m?p?i?D?g? a?1?1?O?y?S? [ l?, 3?, 5?, 6?] D?a?m?p?i?D?g? a?1?1?O?y? D?a?m?p?i?D?g? m?e?c?1?a?D?i?S?m?S? A?1?1?O?y? S?y?S?t?e?m?E?X?a?m?p?1?e?S? C?O?m?p?O?S?i?t?e? t?y?p?e?D?i?S?1?O?c?a?t?i?O?D?S?, I?D?t?e?r?f?a?c?e?S? F?e?-?C?-?S?i? Z?D?-?A?1? F?1?a?k?e? g?r?a?p?1?i?t?e? c?a?S?t? i?r?O?D? S?P?Z? ( Z?D?-?2?2?A?1?) F?e?r?r?O?m?a?g?D?e?t?i?c? t?y?p?e? M?a?g?D?e?t?i?c? c?O?m?a?i?D? b?O?u?D?c?a?r?i?e?S? F?e?, N?i? F?e?-?C?r? F?e?-?C?r?-?A?1? F?e?-?C?r?-?A?1?-?M?D? F?e?-?C?r?-?M?O? C?O?-?N?i? T?D?-?N?i?( T?1?0?2?S?t?r?e?D?g?t?1?e?D?e?c? N?i?) F?e?-?l?2?C?r? F?e?-?l?2?C?r?-?3?A?1?( S?i?1?e?D?t?a?1?1?O?y?) F?e?-?l?2?C?r?-?l?.?3?6?A?1?-?0?.?5?9?M?D? ( T?r?a?D?g?a?1?1?O?y?) F?e?-?l?2?C?r?-? ( 0?.?l?-?5?) M?O?( G?e?D?t?a?1?1?O?y?) C?O?-?2?2?N?i?-?2?T?i?-?l?Z?r?( N?I?V?C?0?-?l?0?) T?w?i?D? t?y?p?e?T?w?i?D? b?O?u?D?c?a?r?i?e?S? M?D?-?C?u? M?D?-?C?u?-?A?1? C?u?-?A?1?-?N?i? a? C?u?-?Z?D?-?A?1? a? N?i?-?T?i? a? M?D?-?3?7?C?u?-?4?.?2?5?A?1?-?3?F?e?-?l?.?2?5?N?i?( S?O?D?O?S?t?O?D?) C?u?-?4?0?M?D?-?2?A?1? ( -?2?S?D?) ( I?D?c?r?a?m?u?t?e? I?, I?I?) — — N?i?-?5?0?T?i?b?( N?i?t?i?D?O?1?) D?i?S?1?O?c?a?t?i?O?D? t?y?p?e?D?i?S?1?O?c?a?t?i?O?D?S?M?g?-?Z?r? M?g?-?M?g?2?N?i? F?e?-?C?r?-?N?i? M?g?-?0?.?6?Z?r?( K?l? X? l? a?1?1?O?y?) — 3?l?0? S?t?a?i?D?1?e?S?S? S?t?e?e?1? a?S?1?a?p?e? m?e?m?O?r?y? a?1?1?O?y? ; b? m?O?1?e? f?r?a?c?t?i?O?D?, f?O?r? O?t?1?e?r?S?, w?e?i?g?1?t? p?e?r?c?e?D?t?.? 2?典 型 高 阻 尼 铝 基 复 合 材 料 目 前 , 人 们 已 研 制 出 两 类 高 阻 尼 铝 基 复 合 材 料 , 一 类 是 颗 粒 增 强 铝 基 复 合 材 料 , 如 铝 合 金 /?陶 瓷 , 铝 合 金 /?石 墨 等 ; 另 一 类 是 铝 合 金 /?金 属 ( 或 合 金 ) 复 合 材 料 , 如 铝 合 金 /?铝 , 铝 合 金 /? 锌 -?铝 合 金 等 。 R?O?1?a?t?g?i? 等 [ 8?] 采 用 搅 拌 铸 造 法 ( S?t?i?r?-?c?a?S?t?i?D?g?) 制 备 了 石 墨 和 S?i?C? 颗 粒 增 强 铝 基 复 合 材 料 , 并 研 究 了 影 响 其 阻 尼 性 能 的 因 素 。 结 果 发 现 , 较 大 的 晶 粒 尺 寸 , 弱 结 合 的 晶 界 , 软 的 层 片 状 结 构 的 弥 散 相 均 有 利 于 改 善 材 料 的 阻 尼 性 能 。 比 较 发 现 , 铸 造 颗 粒 增 强 铝 基 复 合 材 料 比 纤 维 增 强 复 合 材 料 具 有 更 好 的 阻 尼 性 能 。 L?a?V?e?r?D?i?a?, Z?1?a?D?g? 和 P?e?r?e?Z? 等 [ 9?, l?0?] 采 用 喷 射 共 沉 积 法 ( S?p?r?a?y? c?O?-?c?e?p?O?S?i?t?i?O?D?) 制 备 了 6?0?6?l?A?1? 合 金 , 以 及 6?0?6?l?A?1?/?S?i?C? 和 6?0?6?l?A?1?/?G?r? 等 复 合 材 料 , 并 利 用 动 态 力 学 热 分 析 仪 ( D?M?T?A?) 测 试 了 它 们 的 阻 尼 性 能 随 温 度 和 频 率 的 变 化 规 律 。 表 2? 归 纳 了 一 些 颗 粒 增 强 铝 基 复 合 材 料 的 弹 性 模 量 和 阻 尼 性 能 [ 9? ~? l?6?] 。 同 基 体 合 金 6?0?6?l?A?1? 相 比 , 这 些 复 合 材 料 均 具 有 较 好 的 阻 尼 性 能 。 其 中 , 6?0?6?l?A?1?/?G?r? 的 阻 尼 性 能 最 佳 , 且 随 G?r? 体 积 分 数 的 5?6?l?第 3? 期 高 阻 尼 铝 基 复 合 材 料 的 研 究 动 向 增 大 , 其 阻 尼 性 能 进 一 步 改 善 。 但 6?0?6?l?A?I?/?G?r? 的 弹 性 模 量 比 6?0?6?l?A?I?/?S?i?C? 的 差 , 且 随 温 度 升 高 , 其 弹 性 模 量 进 一 步 恶 化 。 Z?h?a?n?g? 等 [ l?7?] 研 究 了 喷 射 沉 积 6?0?6?l?A?I?/?S?i?C?/?G?r? 的 力 学 和 阻 尼 性 能 , 发 现 添 加 S?i?C? 和 G?r? 制 备 的 复 合 材 料 同 时 具 有 较 高 的 阻 尼 性 能 与 弹 性 模 量 。 表 3? 给 出 了 喷 射 沉 积 6?0?6?l?A?I? 及 其 复 合 材 料 的 挤 压 态 和 热 处 理 后 力 学 和 阻 尼 性 能 的 对 比 [ l?7?] 。 表 2?颗 粒 增 强 铝 基 复 合 材 料 的 弹 性 模 量 和 阻 尼 性 能 [ 9? ~? l?6?] T?a?b?I?e? 2?E?I?a?s?t?i?c? m?O?d?u?I?u?s? a?n?d? d?a?m?p?i?n?g? c?a?p?a?c?i?t?y? f?O?r? p?a?r?t?i?c?u?I?a?t?e?-?r?e?i?n?f?O?r?c?e?d? A?I? m?a?t?r?i?x? c?O?m?p?O?s?i?t?e?s? [ 9? ~? l?6?] M?a?t?e?r?i?a?I?s? V?O?I?u?m?e? f?r?a?c?t?i?O?n? O?f? p?a?r?t?i?c?I?e?s? %? S?t?r?a?i?n? a?m?p?I?i?t?u?d?e? l?0?-? 6? F?r?e?g?u?e?n?c?y? H?z? T?e?m?p?e?r?a?-? t?u?r?e? C? E?I?a?s?t?i?c? m?O?d?u?I?u?s? a? G?P?a? D?a?m?p?i?n?g? c?a?p?a?c?i?t?y? a? l?0?-? 3? A?I?-?2?.?2?C?u?-?0?.?4?2?S?i?/?G?r? b? A?I?-?2?.?0?8?C?u?-?0?.?4?2?S?i?/?G?r? A?I?-?3?.?l?8?C?u?-?0?.?4?2?S?i?/?G?r? 6?0?6?l?A?I?/?A?I?2?0?3?c? 6?0?6?l?A?I?/?S?i?C? 6?0?6?l?A?I?/?S?i?C? 6?0?6?l?A?I?/?S?i?C? 6?0?6?l?A?I?/?G?r? 6?0?6?l?A?I?/?G?r? 6?0?6?l?A?I?/?G?r? 6?0?6?l?A?I?/?S?i?C?/?G?r? 6?0?6?l?A?I?/?S?i?C?/?G?r? l?.?5? 3?.?2? 7? 2?0? 5? l?0? l?7? ~? 3?0? 5? 7? l?0? 5?/?5? 8? — — — 2?6?0? — — — 2?6?0? 2?6?0? 2?6?0? — 3?2?0? — — — 0?.?l? ~? l?0? l? ~? 3?0? l? ~? 3?0? 2?0? ~? l?2?0? 0?.?l? ~? l?0? 0?.?l? ~? l?0? 0?.?l? ~? l?0? l? ~? 3?0? 2?9?0? — — — -? l?0? ~? 2?5?0? 2?5? ~? 2?5?0? 2?5? ~? 2?5?0? — 2?5? ~? 2?5?0? 2?5? ~? 2?5?0? 2?5? ~? 2?5?0? 2?5? ~? 2?5?0? 2?5? — — — — 6?4? ~? 7?4? 6?8? ~? 7?7? — 6?4? ~? 6?9? — 4?7? ~? 5?2? 6?5? ~? 7?2? — 4?.?7? 6?.?5? l?0? 7? ~? l?2? 8? ~? 3?9? 7? ~? 4?0? 2?.?6? ~? 9?.?2? 9?.?5? ~? 2?3?.?5? 8?.?4? ~? 2?2? l?4? ~? 3?5? 8? ~? 3?0? 7?.?3?2? a? d?e?t?e?r?m?i?n?e?d? b?y? b?e?n?d?i?n?g? m?e?t?h?O?d? ; b?w?e?i?g?h?t? p?e?r?c?e?n?t?; c?6?0?6?l?A?I? c?O?m?p?O?s?i?t?i?O?n?: A?I?-?l?.?0?M?g?-?0?.?6?0?S?i?-?0?.?3?0?C?u?-? 0?.?2?0?C?r?.? 表 3?喷 射 沉 积 6?0?6?l?A?I? 及 其 复 合 材 料 的 室 温 力 学 和 阻 尼 性 能 [ l?7?] T?a?b?I?e? 3?R?O?O?m? t?e?m?p?e?r?a?t?u?r?e? m?e?c?h?a?n?i?c?a?I? p?r?O?p?e?r?t?i?e?s? a?n?d? d?a?m?p?i?n?g? c?a?p?a?c?i?t?y? O?f? s?p?r?a?y? d?e?p?O?s?i?t?e?d? 6?0?6?l?A?I? a?n?d? i?t?s? c?O?m?p?O?s?i?t?e?s? [ l?7?] M?a?t?e?r?i?a?I?s? A?s?-?e?x?t?r?u?d?e?d?T?6? s?t?a?t?e? E? G?P?a? U?T?S? M?P?a? Y?S? M?P?a? E?I? %? O?-? l? b? l?0?-?3? E? G?P?a? U?T?S? M?P?a? Y?S? M?P?a? E?I? %? O?-? l? b? l?0?-?3? 6?0?6?l?A?I? 6?0?6?l?A?I?/?l?5?S?i?C? a? 6?0?6?l?A?I?/?l?6?G?r? a? 6?0?6?l?A?I?/?l?0?.?5?S?i?C?/?l?0?.?5?G?r? a? 6?9? 8?3? 6?8? 7?2? l?7?6? l?9?6? l?4?7? l?5?6? 9?8? l?0?4? 8?2? 9?2? 2?9? 2?3? l?0?.?6? 8?.?3? 8? 6? l?3? 8? 7?0? 8?0? 7?2? 7?4? 2?7?5? 3?3?0? 3?3?8? 3?0?5? 2?4?9? 2?9?3? 3?l?2? 2?0?8? l?6?.?6? 8?.?2? 3?.?7? 4?.?4? — — l?2? l?0? a?V?O?I?u?m?e? f?r?a?c?t?i?O?n?; b?V?a?I?u?e?s? a?t? !? =? l?H?z?.? 在 国 防 “ 八 五 ” 和 “ 九 五 ” 预 研 计 划 的 资 助 下 , 北 京 航 空 材 料 研 究 院 率 先 运 用 快 速 凝 固 /?粉 末 冶 金 ( r?a?p?i?d?I?y? s?O?I?i?d?i?f?i?e?d? p?O?w?d?e?r? m?e?t?a?I?I?u?r?g?y?, R?S? P?/?M?) 工 艺 来 制 备 金 属 /?金 属 复 合 材 料 , 并 成 功 研 制 出 铝 合 金 /?铝 、 铝 合 金 /?锌 -?铝 两 种 系 列 的 低 密 阻 尼 金 属 材 料 。 戴 圣 龙 等 [ l?8?] 采 用 R?S? P?/?M? 工 艺 制 成 了 A?I?-?F?e?-?M?O?-?S?i?/? ( l?0?-?l?5?) A?I? ( w?t?%?, 下 同 ) 复 合 材 料 , 并 采 用 D?M?A? 仪 研 究 了 其 阻 尼 性 6?6?l?航 空 材 料 学 报 第 2?0? 卷 能 与 力 学 性 能 , 发 现 该 材 料 的 室 温 拉 伸 性 能 与 L?C?9?C?g?S?l? ( 7?0?7?5?-?T?7?3?5?l?) 的 相 当 , 高 温 性 能 则 与 L?D?7?C?S? ( 2?8?l?6?-?T?6?l?) 的 相 当 ; 其 阻 尼 性 能 为 ( 7? ~? l?0?) X? l?0?-? 3?, 比 L?C?9?C?g?S?l? 和 L?D?7?C?S? 分 别 高 2? 倍 和 3? 倍 。 李 沛 勇 等 [ l?9? ~? 2?l?] 采 用 R?S? P?/?M? 工 艺 制 成 了 A?1?-?7?F?e?-?l?.?4?M?O?-?l?.?4?S?i? ( F?M?S?0?7?l?4?) /? ( Z?D?-?3?0?A?1?) 复 合 材 料 , 图 l? 给 出 了 该 复 合 材 料 阻 尼 性 能 随 温 度 的 变 化 规 律 ( f? =? 图 l?快 速 凝 固 /?粉 末 冶 金 F?M?S?0?7?l?4?/? ( Z?D?-?3?0?A?1?) 复 合 材 料 的 阻 尼 性 能 ( !? =? 2?8?H?Z?) [ 2?l?] F?i?g?.?l?D?a?m?p?i?D?g? c?a?p?a?c?i?t?y? a?t? 2?8?H?Z? f?O?r? R?S? P?/?M? F?M?S?0?7?l?4?/? ( Z?D?-?3?0?A?1?) c?O?m?p?O?S?i?t?e?S? [ 2?l?] 图 2?快 速 凝 固 /?粉 末 冶 金 F?M?S?0?7?l?4?, F?M?S?0?7?l?4?/? l?5?A?1?, F?M?S?0?7?l?4?/?l?5? ( Z?D?-?3?0?A?1?) 与 铸 锭 冶 金 法 ( I?/?M?) 生 产 的 2?6?l?8?-?T?6?l? 变 形 铝 合 金 的 阻 尼 性 能 的 对 比 ( !? =? 2?8?H?Z?) [ 2?0?, 2?l?] F?i?g?.?2?C?O?m?p?a?r?i?S?O?D? O?f? c?a?m?p?i?D?g? c?a?p?a?c?i?t?y? a?t? 2?8?H?Z? f?O?r? R?S? P?/?M? F?M?S?0?7?l?4?, F?M?S?0?7?l?4?/?l?5?A?1?, F?M?S?0?7?l?4?/?l?5? ( Z?D?-?3?0?A?1?) c?O?m?p?O?S?i?t?e?S? a?D?c? I?/? M? 2?6?l?8?-?T?6?l? w?r?O?u?g?1?t? a?1?u?m?i?D?u?m? a?1?1?O?y? [ 2?0?, 2?l?] 2?8?H?Z?) [ 2?l?] 。 表 4? 给 出 了 它 们 的 室 温 及 2?5?0?C?的 拉 伸 性 能 和 阻 尼 性 能 [ 2?0?, 2?l?] 。 这 些 复 合 材 料 的 密 度 为 3?.? 0?4?5? ~? 3?.? l?9?3?g?/? c?m?3? [ 2?l?] 。 图 2? 给 出 了 R?S? P?/?M? F?M?S?0?7?l?4?, F?M?S?0?7?l?4?/?l?5?A?1?, F?M?S?0?7?l?4?/?l?5? ( Z?D?-?3?0?A?1?) 复 合 材 料 与 F?M?S?0?7?l?4? 和 铸 锭 冶 金 法 ( I?/?M?) 生 产 的 2?6?l?8?-?T?6?l? 变 形 铝 合 金 的 阻 尼 性 能 对 比 ( !? =? 2?8?H?Z?) [ 2?0?, 2?l?] 。 比 较 可 知 , F?M?S?0?7?l?4?/?l?5? ( Z?D?-?3?0?A?1?) 复 合 材 料 的 阻 尼 性 能 优 于 基 体 合 金 ( F?M?S?0?7?l?4?) , F?M?S?0?7?l?4?/?l?5?A?1? 和 2?6?l?8?-? T?6?l? 合 金 ; 其 室 温 阻 尼 性 能 为 l?.?5?8? X? l?0?-? 2?, 达 到 了 高 阻 尼 合 金 的 阻 尼 水 平 ( !?l?0? -? 2?) , 是 2?6?l?8?-?T?6?l? 合 金 的 5? 倍 以 上 。 另 外 , 该 复 合 材 料 还 具 有 良 好 的 室 、 高 温 拉 伸 性 能 。 7?6?l?第 3? 期 高 阻 尼 铝 基 复 合 材 料 的 研 究 动 向 表 4?快 速 凝 固 /?粉 末 冶 金 F?M?S?0?7?l?4? 及 其 复 合 材 料 的 力 学 和 阻 尼 性 能 [ 2?0?, 2?l?] T?a?D?1?e? 4?M?e?c?1?a?H?i?c?a?1? p?r?O?p?e?r?t?i?e?S? a?H?c? c?a?m?p?i?H?g? c?a?p?a?c?i?t?y? O?f? R?S? P?/?M? F?M?S?0?7?l?4? a?1?1?O?y? a?H?c? i?t?S? c?O?m?p?O?S?i?t?e?S? [ 2?0?, 2?l?] M?a?t?e?r?i?a?1?S? R?O?O?m? t?e?m?p?e?r?a?t?u?r?e?2?5?0?C? E? G?P?a? U?T?S? M?P?a? Y?S? M?P?a? E?1? %? O?-? l? D? l?0?-?3? E? G?P?a? U?T?S? M?P?a? Y?S? M?P?a? E?1? %? O?-? l? D? l?0?-?3? F?M?S?0?7?l?4?8?6?.?2?6?6?l?6?0?3?9?.?6?5?.?l?7?5?.?6?3?4?9?3?l?7?4?.?8?2?6?.?8? F?M?S?0?7?l?4?/?l?5?A?1? a? 8?2?.?3?5?4?3?4?7?6?9?.?6?6?.?8?7?0?.?4?3?0?9?2?8?7?8?.?4?2?l? F?M?S?0?7?l?4?/?l?0? ( Z?H?-?3?0?A?1?) a? 7?9?.?8?6?2?3?5?6?l?l?0?.?2?8?.?9?6?6?.?4?3?l?5?2?8?3?6?.?8?2?5?.?5? F?M?S?0?7?l?4?/?l?5? ( Z?H?-?3?0?A?1?) a? 7?8?.?4?5?8?6?5?2?l?l?l?l?5?.?l?6?4?.?2?2?7?7?2?4?8?6?.?8?3?2?.?5? F?M?S?0?7?l?4?/?2?0? ( Z?H?-?3?0?A?1?) a? 7?7?.?l?5?4?2?4?8?l?l?0?.?8?l?5?.?5?6?l?.?0?2?2?4?l?9?3?2?.?0?3?l? a?w?e?i?g?1?t? p?e?r?c?e?H?t?; D?V?a?1?u?e?S? a?t? f? =? 2?8?H?Z?.? 3?高 阻 尼 铝 基 复 合 材 料 的 阻 尼 机 制 上 述 高 阻 尼 铝 基 复 合 材 料 的 阻 尼 机 制 类 型 属 复 合 型 , 与 复 合 材 料 的 力 学 性 能 相 似 , 其 阻 尼 性 能 的 预 测 很 容 易 联 系 到 混 合 准 则 ( R?0?M?) , 即 : O? -?l? c? =? O?-?l? m?V?m?+? O? -?l? a? V?a?( l?) V?m?+? V?a?=? l?( 2?) 式 中 O? -? l? c? , O? -? l? m? , O? -? l? a? 分 别 为 复 合 材 料 、 基 体 合 金 和 加 入 物 ( 非 金 属 或 金 属 颗 粒 ) 的 阻 尼 性 能 。 V?m?, V?a?分 别 为 基 体 和 加 入 物 的 体 积 分 数 。 表 5? 给 出 了 喷 射 沉 积 颗 粒 增 强 6?0?6?l? 铝 基 复 合 材 料 和 快 速 凝 固 /?粉 末 冶 金 F?M?S?0?7?l?4?/? ( Z?H?-? 3?0?A?1?) 复 合 材 料 的 阻 尼 性 能 的 计 算 ( 预 测 ) 值 [ 按 式 ( l?) ] 和 实 测 值 的 对 比 [ 9?, l?0?, l?6?, 2?0?, 2?l?] 。 可 以 看 出 , 6?0?6?l?A?1?/?S?i?C? 和 F?M?S?0?7?l?4?/?A?1? 的 低 温 ( 5?0?C?) 预 测 值 与 实 测 值 相 近 , 而 前 者 的 高 温 ( 2?5?0?C?) 预 测 值 却 明 显 低 于 实 测 值 。 而 6?0?6?l?A?1?/?G?r? 的 低 温 和 高 温 预 测 值 均 低 于 实 测 值 。 F?M?S?0?7?l?4?/?Z?H?-? 3?0?A?1? 的 低 温 预 测 值 比 实 测 值 小 。 由 此 可 以 推 断 , 在 这 些 复 合 材 料 中 , 其 阻 尼 机 制 除 了 基 体 合 金 和 加 入 物 的 内 禀 阻 尼 外 , 还 有 其 他 的 阻 尼 来 源 。 W?O?1?f?e?H?c?e?H? [ 2?2?] 考 虑 到 界 面 的 作 用 , 提 出 了 三 元 混 合 准 则 : O? -?l? c? =? O?-?l? m?V?m?+? O? -?l? a? V?a?+? O? -?l? i? V?i?( 3?) V?m?+? V?a?+? V?i?=? l?( 4?) 式 中 O? -? l? i? , V?i?分 别 为 基 体 合 金 /?加 入 物 ( 非 金 属 或 金 属 颗 粒 ) 界 面 的 阻 尼 性 能 和 体 积 分 数 。 事 实 上 , 复 合 材 料 与 基 体 合 金 和 加 入 物 的 组 织 差 异 在 于 引 入 了 异 相 界 面 , 如 6?0?6?l?A?1?/?G?r? 和 F?M?S?0?7?l?4?/?Z?H?-?3?0?A?1? 界 面 。 因 此 , 复 合 材 料 的 阻 尼 性 能 还 包 括 不 同 种 类 颗 粒 ( 粉 末 ) 异 相 界 面 阻 尼 的 贡 献 。 至 于 F?M?S?0?7?l?4?/?A?1? 和 F?M?S?0?7?l?4?/?Z?H?-?A?1? 的 高 温 预 测 值 明 显 高 于 实 测 值 。 这 是 由 于 , 不 同 于 S?i?C? 和 G?r?, A?1? 和 Z?H?-?A?1? 的 内 禀 阻 尼 与 温 度 密 切 相 关 , 并 随 温 度 的 升 高 而 增 大 。 当 制 成 复 合 材 料 后 , 它 们 几 乎 以 单 个 颗 粒 分 散 于 基 体 合 金 中 , F?M?S?0?7?l?4?/?A?1? 和 F?M?S?0?7?l?4?/?Z?H?-?3?0?A?1? 界 面 分 别 取 代 了 A?1? /?A?1? 和 Z?H?-?3?0?A?1? /?Z?H?-?3?0?A?1? 界 面 。 相 应 地 , A?1? 和 Z?H?-?A?1? 内 禀 阻 尼 的 温 度 依 赖 性 被 削 弱 了 。 另 外 , 比 较 还 可 发 现 , 5?0?C?时 6?0?6?l?A?1?/? ( l?0? ~? l?6?G?r?) ( V?O?1?%?) 和 F?M?S?0?7?l?4?/? ( l?5? ~? 2?0?Z?H?-? 3?0?A?1?) ( w?t?%?) 的 阻 尼 性 能 值 分 别 比 同 温 度 下 G?r? 和 Z?H?-?3?0?A?1? 的 大 。 这 意 味 6?0?6?l?A?1?/?G?r? 和 8?6?l?航 空 材 料 学 报 第 2?0? 卷 F?M?S?0?7?l?4?/?Z?H?-?3?0?A?1? 界 面 比 为 其 内 禀 阻 尼 贡 献 的 G?r?/?G?r? 和 Z?H?-?3?0?A?1?/?Z?H?-?3?0?A?1? 界 面 对 材 料 阻 尼 性 能 提 供 的 贡 献 更 大 。 至 于 F?M?S?0?7?l?4?, A?1?, Z?H?-?3?0?A?1? 等 , 其 内 禀 阻 尼 是 来 源 于 粉 末 颗 界 、 相 界 、 晶 界 和 位 错 阻 尼 。 随 温 度 升 高 , 所 有 的 界 面 移 动 能 力 增 强 , 因 此 , 材 料 的 宏 观 阻 尼 性 能 提 高 。 总 之 , 铝 基 复 合 材 料 的 阻 尼 总 可 归 结 为 各 种 界 面 ( 和 位 错 ) 移 ( 滑 ) 动 的 结 果 。 一 般 规 律 是 , 界 面 可 动 性 越 大 , 可 动 界 面 越 多 , 则 阻 尼 性 能 越 好 。 表 5?喷 射 沉 积 颗 粒 增 强 6?0?6?l? 铝 基 复 合 材 料 和 快 速 凝 固 /?粉 末 冶 金 F?M?S?0?7?l?4? 铝 基 复 合 材 料 的 阻 尼 性 能 计 算 值 和 实 测 值 的 比 较 ( 挤 压 态 ) [ 9?, l?0?, l?6?, 2?0?, 2?l?] T?a?b?1?e? 5?C?O?m?p?a?r?i?S?O?H? O?f? t?1?e? c?a?1?c?u?1?a?t?e?c? a?H?c? e?X?p?e?r?i?m?e?H?t?a?1? V?a?1?u?e?S? O?f? c?a?m?p?i?H?g? c?a?p?a?c?i?t?y? f?O?r? S?p?r?a?y? c?O?-?c?e?p?O?S?i?t?e?c? p?a?r?t?i?c?u?1?a?t?e?-?r?e?i?H?f?O?r?c?e?c? 6?0?6?l?A?1? b?a?S?e? c?O?m?p?O?S?i?t?e?S? a?H?c? R?S? P?/?M? F?M?S?0?7?l?4?A?1? b?a?S?e? c?O?m?p?O?S?i?t?e?S? ( a?S? e?X?t?r?u?c?e?c?) [ 9?, l?0?, l?6?, 2?0?, 2?l?] M?a?t?e?r?i?a?1?S? V?O?1?u?m?e? f?r?a?c?t?i?O?H? O?f? a?c?c?i?t?i?O?H?S? /? %? D?a?m?p?i?H?g? c?a?p?a?c?i?t?y? ( l?0?-? 3?) a? 5?0?C?2?5?0?C? C?a?1?.?E?X?p?.?C?a?1?.?E?X?p?.? R?e?m?a?r?k?S? 6?0?6?l?A?1? S?i?C? G?r? 6?0?6?l?A?1?/?S?i?C? 6?0?6?l?A?1?/?G?r? 6?0?6?l?A?1?/?S?i?C?/?G?r? A?1? Z?H?-?3?0?A?1? F?M?S?0?7?l?4? F?M?S?0?7?l?4?/?A?1? F?M?S?0?7?l?4?/?Z?H?-?3?0?A?1? — — — 5? l?0? l?5? 5? l?0? l?6? l?0?.?5?/?l?0?.?5? l?6?/?l?l? — — — l?6?.?l? ( l?5?) b? 6?.?5? ( l?0?) b? 9?.?9? ( l?5?) b? l?3?.?5? ( 2?0?) b? — — — 7?.?6? 7?.?3? 7?.?0? 8?.?2? 8?.?5? 8?.?8? 7?.?8? 7?.?5? — — — 6?.?6? 6?.?4? 6?.?5? 6?.?7? 8? l?.?6? l?3? 8? 7? 6? l?0? 2?0? l?3? 7? 9? 9?.?8? l?l?.?5? 6?.?0? 8? 9?.?4? l?6?.?3? l?7?.?6? — — — l?2?.?4? l?l?.?8? l?l?.?9? l?2?.?8? l?2?.?7? l?2?.?5? l?l?.?8? l?0?.?8? — — — 3?0? 3?4?.?4? 3?8?.?4? 4?2?.?6? l?3? l?.
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