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本文对气雾化铝基合金粉末的组织与性能、放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)过程中烧结工艺参数优化、分离式Hopkinson压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)动态力学加载和模拟防护性能进行了研究。以上研究对掌握合金材料在高冲击载荷下的力学性能、变形损伤的演化规律、探索改善其力学性能和拓展其工程化应用具有理论指导意义。采用氩气雾化的方法制备了Al-Ni-Y-Co-La非晶/晶态合金粉末。气雾化粉末多呈规则的球形,粉末的平均粒径为35μm,平均冷却速度为105~106 ℃/s。随着气雾化粉末粒度的增加,其凝固组织发生了从非晶相到非晶相、面心立方晶相Al、正交晶相Al4Ni Y和六方晶相La7Ni3复合组织的转变。在尺寸最大的粉末中发现了一种面心正交结构的新晶态相,其晶格常数为a=15.92?,b=15.64?,c=4.08?。粉末凝固过程中热力学(焓值)与动力学(原子扩散)共同决定析出相的结构。采用SPS方法成功制备了高强度铝基非晶/纳米晶合金复合材料。研究了制备过程中,温度、压力和保温时间等烧结工艺参数对铝基非晶/纳米晶合金复合材料的组织和力学性能的影响。结果表明:适当提高温度、压力以及保温时间将有助于促进扩散及非晶相的晶化,从而得到性能更优的烧结块体。然而,温度、压力和保温时间继续升高将导致块体发生过烧现象,晶粒长大力学性能降低。通过调整烧结工艺参数,烧结温度350 ℃,烧结压力300 MPa和保温时间1.5 min时烧结样品的晶粒尺寸细小,尺寸约12 nm;其室温压缩性能最好,断裂强度和塑性分别为1059 MPa和4.8%。因此,控制非晶合金粉末的烧结致密化和协同纳米晶化是得到高强度及一定塑性铝基非晶/纳米晶合金的可行方法。利用SHPB技术研究了应变速率对铝基非晶/纳米晶合金复合材料动态力学性能的影响(10-5~103 s-1)。研究发现铝基非晶/纳米晶合金复合材料独特的应变速率敏感现象:低应变速率时,材料的压缩强度不敏感,裂纹迅速扩展;高应变速率时,压缩强度表现出正应变速率敏感性。同时,引入分形理论对加载后碎片破碎程度进行表征。碎片分布在不同应变速率加载下都符合分形规律:在准静态时,分形维数几乎没有变化,对应于碎片尺度差异大;动态加载情况下,分形维数增加,对应于碎片分布更均匀,碎片更多、尺寸更小。静态和动态加载后碎片尺度分布的这种差异性由不同的加载方式产生,而动态时多重微裂纹的形成是得到细小均匀碎片的主要原因。采用SHPB技术研究了温度对铝基非晶/纳米晶合金复合材料动态力学性能的影响(-100~200 ℃)。结果表明在应变速率103 s-1动态加载下,铝基非晶/纳米晶合金复合材料室温时断裂强度最高;-100 ℃和200 ℃时铝基非晶/纳米晶合金复合材料的断裂强度不同程度的降低。这主要归因于低温和高温加载时产生的应力集中,即:低温时非晶强度的增加和晶态强度的差异产生的应力集中;高温时非晶结构弛豫、晶粒粗大、强度降低与晶体材料的强度差异产生的应力集中。不同温度加载后碎片分布符合分形规律,而分形维数略有增加。利用数值模拟方法结合超高速撞击理论,模拟了撞击过程,得到铝合金球形弹丸超高速正撞击铝基非晶/纳米晶合金薄板碎片云运动特性。此外,研究了在撞击条件V0和t/D(薄板厚度与弹丸直径之比)共同影响下碎片云运动特性的变化规律,确定了碎片云两个特征点的归一化速度V1,V2与撞击条件(V0、t/D)之间的定量关系。同时,利用数值模拟方法结合超高速撞击理论,研究了铝基非晶/纳米合金复合材料作为Whipple防护结构的撞击极限曲线,并与常用铝合金的撞击极限曲线进行了对比。结果表明:以相同撞击速度6 km/s为例,铝基非晶/纳米晶合金复合材料Whipple防护板的临界弹丸尺寸(直径6.07 mm)是2A12铝合金防护结构(直径4.9 mm)的1.24倍,临界耗能达到铝合金防护结构的1.9倍。铝基非晶/纳米晶合金复合的高强度和硬度是导致其良好防护性能的主要原因。