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3D打印研发出高阻尼、高吸能与形状记忆兼得的镁基仿生材料
测试科技顾问郑老师     2021-10-03 微信扫码分享 登录后可收藏  
应用场景:
镁合金的工程结构应用和生物镁合金的应用
关键性能:
在Mg-NiTi互穿相复合材料中同时获得高强度、高阻尼能力、良好的能量吸收效率和显著的自恢复能力
产品介绍:

镁合金中,强度和阻尼能力往往是相互排斥的性质。如果能在基于镁的材料中实现形状记忆或自我恢复的概念,这将是提高耐久性的迫切需要,进一步为这些材料和结构的工程智能版本提供新的功能。为了解决这些问题,该文提出一种设计策略,其包括对镁基复合材料的相组成和结构的刻意调整,以及实现这一目标的可行的制造技术的发展。首先,选择一种增强相来增强镁;这一强化相就是NiTi形状记忆合金。在所有金属中NiTi属于具有良好阻尼性能的材料。这种合金在高温下会由于马氏体向奥氏体转变而发生原位变形,从而恢复到原始形状,此时镁的蠕变刚刚开始。这一由于相变产生的内应力可以提供复合(复相)材料变形的驱动力。其次,作者设计了一种三维的相互渗透相的结构,各自组成相在拓扑上是双连续和相互联系的。这种结构带来的好处是:1.合金的结构完整性和连续性对于提高复合材料的强化效率和提高有效载荷转移的回收率是必要的;2. 还可以促进实现良好的阻尼能力和增强损伤容限。第三,采用两步增材制造法制造镍钛合金支架,然后将镁熔滴无压渗透到支架中,制备Mg-NiTi复合材料。

中科院金属研究所刘增乾、张哲峰,钛合金研究部李述军、杨锐等与美国加州大学伯克利分校、中国工程物理研究院开展合作的研究证明了在Mg-NiTi互穿相复合材料中如何同时获得高强度、高阻尼能力、良好的能量吸收效率和显著的自恢复能力。该复合材料在环境温度和高温下的强度都有所提高,超过了混合物规则对其成分的估计,并表现出优异的抗损伤性能。这些特性伴随着其在不同应变振幅下阻尼能力的协同增强和高能吸收效率,这在镁合金和镁合金复合材料中很少能实现。此外,由于镍钛合金中的马氏体-奥氏体相变与镁基体的低蠕变电阻的耦合作用,使复合材料变形后的初始形状和强度都能得到较大的恢复。具体而言,镍钛合金骨架提供了高的加工硬化能力,并为复合材料的自粘接提供了驱动力;此外,它还可以实现用于制造的渗透过程。具体而言,镍钛合金骨架提供了高的加工硬化能力,并为复合材料的自粘接提供了驱动力;此外,它还可以实现用于制造的渗透过程。它还能抵抗微观结构中各组分的损伤演化,从而提高复合材料的高能吸收效率,促进回收过程。所以,该研究获得了史无前例的综合性能的Mg合计,同时具有高强度和高阻尼性能和高的能量吸收特性。这一设计思路和得到的研究结果为镁合金的工程结构应用和生物镁合金的应用开辟了新的方向和提供了新的设计思路。相关研究以“3D printed Mg-NiTi interpenetrating-phase composites with high strength, damping capacity, and energy absorption efficiency”为题发表在 Science Advances期刊上。


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