新型鎂合金材料可提高阻尼減震性能,滿足航空航天等領域需求

日前,針對航空航天、精密儀器等領域對于材料減震、吸能等方面的性能需求,中科院金屬研究所(以下簡稱金屬所)與美國加州大學伯克利分校、中國工程物理研究院開展合作,借鑒天然生物材料三維互穿微觀結構的理念,將鎂熔融浸滲至增材制造的鎳鈦合金骨架,構筑成輕質、高強、高阻尼、高吸能鎂—鎳鈦仿生復合材料。相關研究成果近日發表于《科學進展》。

金屬所研究員劉增乾表示,科研團隊對自然界“結構—性能關系”的理解,為設計綜合性能優異的新材料提供了獨到的思路。

據悉,與人造材料相比,天然生物材料的宏觀力學性能通常顯著優于其基本結構單元的簡單加和,本源在于其復雜、多尺度的自組裝結構。

除了高比強度、比剛度以及優異的導熱與電磁屏蔽等性能,鎂的阻尼性能顯著優于大多數工程金屬材料,甚至可比肩一些常用的高分子材料,但其強度與耐熱性明顯高于高分子材料,因此在減震、吸能、降噪等方面突顯優勢。

“鎂及其合金的強度、剛度、塑性和斷裂韌性仍低于鋼鐵和鋁合金,且抗高溫蠕變能力差,制約了其廣泛應用。”劉增乾說,科研團隊利用微觀三維互穿仿生結構研制出新型仿生復合材料,不僅實現了鎳鈦增強相與鎂基體在性能優勢上的互補與結合,而且賦予材料形狀記憶與自修復功能。

新型仿生復合材料通過多重機制分別提高強度和阻尼性能,突破了兩者之間的相互制約關系,實現了鎂合金的強度、阻尼和能量吸收效率等多種性能的良好結合,綜合性能優于目前已知的工程材料,有望成為精密儀器、航空航天等領域需求的新型阻尼減震材料。


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