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镁合金具有诸多优点,如密度低、阻尼系数大、高比刚度、高比模量以及良好的电磁屏蔽性等。镁合金在汽车等领域的应用,对于提高汽车轻量化水平、降低能源消耗、减少排放污染、建立友好环境有着非常重要的意义。纯镁的阻尼性能好,但强度低。通过合金化、塑性变形、热处理等强化方法可提高镁合金的强度,但对阻尼性能有不同程度的影响。研究发现Mg-Zn-Y LPSO相的引入能同时提高镁合金的阻尼和力学性能,对Mg-Zn-Y LPSO相合金的显微组织、相组成、力学性能和阻尼性能已进行了大量而广泛的关注和研究,但作为一种具有应用前景的轻质功能结构材料,LPSO相结构的形成以及力学和阻尼性能应在不同镁基合金系统中进行研究。 根据LPSO相的形成元素准则,Zn和Ni与Mg、Y之间的混合熵几乎一致,在热力学上二者具有相近的性能,在相图中它们固溶度也相似,均属于强LPSO相形成能力的合金体系。目前已在Mg-Ni-Y合金中也发现了 LPSO相结构,对Mg-Ni-Y LPSO相的研究主要集中在储氢反应动力学中和对合金力学性能的影响方面,对Mg-Ni-Y LPSO相本身的力学和阻尼性能及其对镁合金力学和阻尼性能的研究未见报道。本研究即以Mg-Ni-Y LPSO相为实验对象,制备了一系列含Mg-Ni-Y LPSO相的镁合金,研究了Mg-Ni-Y LPSO相的形成与合金组织、力学性能和阻尼性能之间的关系,揭示了Mg-Ni-Y LPSO相组织与性能的演变规律,为高强高阻尼镁合金的进一步研发和应用提供了理论依据和实验基础。 首先根据Ni/Y比设计完全单一LPSO相合金,研究Mg-Ni-Y LPSO相本身的组织与力学和阻尼性能的关系。再调控制备α-Mg和LPSO相两相共存的Mg-Ni-Y合金,研究不同LPSO相含量对镁合金的阻尼与力学性能的影响。实验结果表明,完全LPSO相的铸态拉伸屈服强度112MPa,伸长率3.8%,在应变为1×10-3时,其阻尼性能达到0.08,具备高阻尼特征。适量的LPSO相的引入能同时提高Mg-Ni-Y镁合金的阻尼与力学性能。设计LPSO体积分数约为65%的Mg90Ni4Y6和83%的Mg87.5Ni5Y7.5合金,分别在高应变和低应变下展现出最高的阻尼性能。临界应变振幅随LPSO相含量的增加而减小,在低应变振幅阶段和高应变振幅阶段,合金的阻尼值随LPSO相含量的增加而增加。LPSO的引入明显有利于合金的阻尼性能提升,该结果并不能完全由G-L模型来解释。 然后,研究了变形工艺对不同LPSO相含量Mg-Ni-Y合金的阻尼与力学性能影响。结果表明,挤压变形后Mg-Ni-Y合金的力学性能大幅度提升,力学性能随着LPSO相含量的增加先上升后下降,挤压态Mg95Ni2Y3合金的抗拉强度和屈服强度分别为501MPa和384MPa,伸长率4.2%,表现出优异的综合力学性能。LPSO相含量的增加不仅提高了挤压态合金的强度,也极大的优化了合金的塑性。挤压变形在提高Mg-Ni-Y合金力学性能的同时使其阻尼性能有所下降,阻尼性能随LPSO相含量的增加先减小再增大,挤压态Mg95Ni2Y3合金的阻尼性能最低。挤压变形后使得对位错的阻碍作用增强,从而导致强钉扎点数目增多,阻尼下降。 其次,研究了Mg-Ni-Y LPSO相对商业MB8镁合金微观组织、阻尼及力学性能的影响。结果表明,LPSO相的加入显著提高了MB8合金的力学性能和阻尼性能,添加LPSO相体积分数16%的MB8X16合金具有最优的铸态力学性能,其抗拉强度198MPa,屈服强度119MPa,伸长率5.4%。与铸态MB8合金相比,抗拉强度提高了50%,屈服强度提高了138%。相比于完全单一LPSO相合金,二者的抗拉强度接近,而MB8X16合金的屈服强度和伸长率显著高于完全单一LPSO相合金。对于挤压态合金,合金的力学性能提升的同时阻尼性能均有上升。添加LPSO相的挤压态合金的阻尼性能均明显高于挤压态MB8合金。 最后,基于上述研究,建立了挤压态Mg-Mn-Ce-Ni-Y合金的综合性能指数α与屈服强度和阻尼的关系模型。