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电弧离子镀镁合金涂层阻尼性能的多尺度研究

电弧离子镀 镁合金 阻尼性能 耗能机理 多尺度研究

    由振动引起的高周疲劳损伤是造成航空发动机叶片故障的主要原因之一，如何采用合理的被动抑振方法仍需探索。目前有研究表明采用合金涂层可以有效的改善薄壁构件动力学特性。其中，镁合金具有密度小、比刚度好、比强度高、减震性好、铸造稳定性好、电磁屏蔽性好等优点，因此本文拟采用镁合金作为阻尼涂层材料研究涂层对基底的阻尼性能的影响规律。

    利用真空电弧离子镀膜技术制备镁铝合金涂层，通过改变基片偏压、弧电流获得不同孔隙率、不同孔隙结构及位置的涂层，并通过SEM和XRD对涂层表面的微观形貌进行表征，利用DMTA测量涂层损耗因子和储能模量，通过分析涂层表面形貌和振动实验测试，从宏观尺度分析不同表面结构涂层的阻尼性能。

    实验研究表明涂层孔隙是影响涂层阻尼性能的重要因素之一，因此本文根据实际形貌建立不同结构的微裂纹真实形状有限元模型，结合有限元分析从介观尺度研究孔隙类结构对涂层阻尼耗能影响的机理。结果表明，孔隙类结构会使材料发生微观的塑性形变，在振动应力作用下会引起能量消耗，导致涂层整体阻尼性能提高。

    并尝试建立不同微观孔隙的分子动力学模型，施加持续速率的拉伸应变，结合分子动力学分析，观察内部能量变化及缺陷运动，从微观尺度研究涂层材料错位空位等缺陷对涂层阻尼性能影响的机理。结果表明，在应力施加过程中，微观孔隙缺陷的摩擦和坍塌使能量以热能形式散失，有利于能量的消耗，使得涂层阻尼性能提高。