《金屬間化合物顆粒增強鎂鋰基複合材料強韌化機理研究》是依託北京航空航天大學，由吳國清擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：金屬間化合物顆粒增強鎂鋰基複合材料強韌化機理研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：吳國清
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬間化合物顆粒增強鎂鋰基複合材料作為一種新型的超輕結構材料，在航空航天領域有著廣闊的套用前景。本項目擬從金屬間化合物顆粒/鎂鋰合金基體的界面特徵的試驗研究入手，並建立一個基於細觀尺度且能反映顆粒增強金屬基複合材料強韌性指標的有限元模型，將複合材料的動態原位拉伸試驗與拉伸過程有限元模擬相結合，研究形變條件下界面區域的形變特徵、應力應變分布狀態以及界面和金屬間化合物顆粒分別在複合材料裂紋萌生和擴展過程中的作用規律，重點探討增強體顆粒相對塑性以及界面特性等對鎂鋰基複合材料強化效果和塑韌性保持的影響機理，揭示金屬間化合物顆粒增強鎂鋰基複合材料的強韌化機理和斷裂機制，為金屬間化合物增強金屬基複合材料提供理論基礎，並為拓展金屬間化合物材料的套用和設計新型輕質金屬基複合材料提供科學依據。
結題摘要
隨著航天、航空和現代兵器的發展，開發具有低比重、高比強度和比模量的結構材料成為研究的熱點之一。本文以設計製備性能穩定的超輕高強Mg-Li基複合材料為目標，充分利用金屬間化合物所具有的高的比強度和比剛度乃至其室溫脆性等特性，選擇稀土金屬間化合物YAl2顆粒作為增強體，設計了YAl2p/MgLiAl基複合材料。本文在氣體保護條件下通過攪拌鑄造法製備了稀土金屬間化合物YAl2顆粒增強MgLiAl基複合材料，研究了複合材料的組織、界面特徵以及複合材料界面的穩定性，探討了YAl2顆粒增強MgLiAl基複合材料強化機制，並通過實驗和模擬手段深入分析了複合材料的斷裂行為。 組織觀察表明，YAl2p/MgLiAl複合材料由β(Li)相和YAl2增強體相組成，YAl2顆粒在MgLiAl基體中分布較均勻，YAl2顆粒的加入細化了基體合金的晶粒。顆粒與基體界面清晰，YAl2顆粒與鎂鋰基體之間結合緊密，微觀尺度上未發現空洞，界面開裂、界面反應、非晶層或過度層等現象，為直接結合型界面。熱力學計算與試驗表明，YAl2顆粒與基體合金的反應驅動力較小，在製備及隨後的熱處理過程中無新相物生成，YAl2-MgLiAl複合體系是穩定的。 為研究複合材料從微觀變形到巨觀斷裂的斷裂過程，從而探討較“軟”顆粒對基體合金的增強機理，通過SEM和TEM動態拉伸技術並輔助以拉伸斷口形貌分析，對YAl2p/MgLiAl複合材料的斷裂過程進行了原位觀察。結果發現微裂紋主要萌生於基體中，而非界面處，微裂紋主要在基體中及近界面的基體中擴展。在裂紋擴展過程中，YAl2顆粒對裂紋的擴展具有一定的阻礙作用。YAl2顆粒參與變形，對基體表現為軟約束。YAl2顆粒對基體的“軟”約束、對裂紋的阻礙及YAl2顆粒對基體的強化等三種綜合作用的結果提高了複合材料的強韌性。 針對顆粒增強複合材料單向拉伸情況，分別引入單顆粒增強軸對稱單胞模型和隨機分布顆粒增強單胞模型，研究了顆粒的屬性及參數對於顆粒與基體上局部力、界面接合力的影響以及顆粒的塑性性能對於複合材料整體本構關係的影響。
