高强韧性超轻镁锂基材料的热稳定性与阻尼性能研究及其微观调控机理

The structural materials used in aerospace are required to possess high stabilities with good elevated temperature and cryogenic mechanical.properties and damping property. Based on the requirements from application background, research proposal is put forwards in this project in which the beneficial effects of Mg-Li superlight alloy, LPSO structure, accumulative roll-bonding(ARB), composite materials, B4C reinforcement are comprehensively considered and combined to fabricate an ideal material.. In this proposal, Mg-Li alloys containing LPSO structure with high strength and ductility will be designed and prepared. Then Mg-Li matrix composites reinforced with B4C will be fabricated by the technology of accumulative roll-bonding(ARB). The effects of LPSO structure, B4C reinforcement, grain refinement and texture on the elevated temperature and cryogenic mechanical properties and damping property will be investigated. The mechanical properties evolution rule and damping mechanism of the Mg-Li matrix composites reinforced with B4C will be obtained.. The goal of the project is to obtain the Mg-Li superlight composites with high stabilities satisfying the service requirements in aerospace.

为获得高稳定性航天用超轻金属结构材料，使其满足在高低温交替变化和强振动的苛刻条件下保持材料性能稳定，本项目从应用背景对材料的性能要求出发，综合利用镁锂超轻合金、LPSO结构、累积叠轧技术、复合材料、B4C等多个要素对于相关性能的有利影响，提出相关的研究方案。. 在设计高强韧性含LPSO结构镁锂合金的基础上，采用累积叠轧-固态复合一体化技术制备B4C增强的镁锂基复合材料。研究LPSO结构、B4C增强相、微细晶粒、织构等要素对于材料高低温力学性能和阻尼性能的作用行为，获得基于累积叠轧技术制备的B4C增强镁锂基复合材料在高低温交替和强振动条件下的力学性能的演变规律和阻尼机制。. 实现获得满足航天用金属结构材料服役要求的高稳定超轻镁锂复合材料。

本项目从航天用超轻金属结构材料的应用背景对材料性能的要求出发，综合利用镁锂超轻合金、 LPSO结构、累积叠轧技术、复合材料、B4C等多个要素对于相关性能的有利影响，获得了满足航天用金属结构材料服役要求的高稳定超轻镁锂复合材料。成功的在α单相镁合金中引入了LPSO结构相，并实现了LPSO相形貌和类型的转变；在α+β双相镁锂合金中引入了LPSO结构相；并采用累积叠轧-固态复合一体化技术制备出了B4C增强的镁锂基复合材料。研究了LPSO结构变化、B4C增强相、微细晶粒、织构等要素对于材料高低温力学性能和阻尼性能的作用行为，获得了基于累积叠轧技术制备的B4C增强镁锂基复合材料在高低温交替和强振动条件下的力学性能的演变规律和阻尼机制。经过累积叠轧－固态复合一体化后，材料的屈服强度和抗拉强度显著提高，分别为242.9 MPa和252.6 MPa，相较于铸态合金分别提升了148.36%和87.52%，且延伸率仍可达到12.9%。与此同时，复合材料的阻尼性能为0.01，属于高阻尼材料。对于基体合金，块状18R LPSO相的存在是提高镁合金力学性能的关键因素；18R LPSO结构相以及基体和LPSO结构相中孪晶的生成是改善镁合金阻尼性能的主要强化机制。对于复合材料，力学性能的主要强化机制包括细晶强化，应变强化和颗粒机械强化；复合材料具有较好的界面阻尼性能，其中增强体B4C与基体间界面的增加，以及通过累积叠轧引入的大量结合强度高的界面是复合材料阻尼性能强化的主要机制。本项目通过累积叠轧－固态复合一体化成功的获得了高稳定性的航天和空间用超轻结构材料，为航天和空间用材料的研制与开发提供了理论依据。