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西南交大蒋小松团队《MSEA》:Cu合金化对石墨烯纳米片增强铝基复合材料阻尼和压缩性能的影响 发表时间 : 2024-10-08 来源: 产品中心

  高锌铝合金密度低、耐磨性好,尤其具备优秀能力的阻尼性能,是汽车工业、航空航天和电子设备等领域前景广阔的一类合金材料。高锌铝合金属于复相型阻尼合金,即由两种或两种以上不同的软相和硬相组成,其主要的微观阻尼机制是界面阻尼:基体在应力作用下发生微小的弹性变形,第二相沿界面产生塑性流动,从而以摩擦热能的形式耗散应力带来的振动能。铝和锌之间的相界面拥有非常良好的润湿性,这些独特的润湿界面能大大的提升铝锌合金的界面滑动能力,而良好的界面滑动能力通常与高阻尼能力相对应。因此,与 7075、6061等传统商用铝合金相比,高锌铝合金具有更加优异的阻尼特性。然而,由于锌含量过高,且缺乏有效的强化机制(如沉淀强化),高锌铝合金存在尺寸稳定性差、塑性差等缺点,限制了其在工业领域的广泛应用。因此,研究进一步提升铝锌合金基复合材料的阻尼和机械性能的潜力是未来研究的一个很实用和重要的方向。

  就金属材料而言,阻尼能力往往与材料的刚度和强度成反比。造成此现状的原因是负责强化和阻尼的微观机制相互交织,这使得将它们对材料整体性能的单独影响分离出来具有挑战性。材料复合化为改善这一困境提供了新途径,即每组成分通过分工实现特定功能:耗散振动能量和/或改善机械性能。合金化处理也是铝合金材料强化增韧的常用策略之一,在众多合金元素中,Cu是高锌铝合金中普遍的使用的合金化元素,并且价格实惠公道且容易获取。然而,现有的研究主要集中于铜合金化对铝合金在静载荷下机械性能的影响,但对其对高锌铝合金阻尼行为的影响的研究却十分有限。

  西南交通大学蒋小松团队采用材料复合化和Cu合金化相结合的复合工艺,制备了拥有非常良好阻尼-力学性能平衡的石墨烯纳米片(GNPs)增强 Al-30Zn-xCu-0.5GNPs 仿珍珠层复合材料,分析了析出相对复合材料阻尼性能和力学性能的影响机制。研究之后发现,Cu元素的加入大大细化晶内和晶间析出的η-Zn相,不仅增加了Al-Zn界面面积,还削弱了晶界的开裂倾向。Al-Zn 界面面积的增大有利于通过界面阻尼机制有效改善复合材料的阻尼性能,但过高的Cu 添加量所引起的θ-CuAl2 硬质相过度生成会使基体硬化,导致阻尼性能和塑性同时下降。文章重点研究了不同含量Cu添加量对η-Zn析出相和其他金属间化合物的影响,以及由此带来的阻尼机制和强化机制的变化。

  图4 (a)0Cu和(c)2Cu复合材料中晶内η-Zn析出相的TEM图像;(b)0Cu和(d)2Cu复合材料中晶内η-Zn析出相的的平均直径和粒度分布统计