1、高阻尼材料镁合金 随着工业和交通业的不断发展，振动和噪声已成为三大公害之一。由疲劳、噪声和振动产生的危害可以通过减低材料或结构的振动幅度来降低，主要有三种方法：(1) 将结构件设计得足够庞大和坚固，以降低振动振幅；(2) 巧妙设计结构件，以使它避开共振条件；(3) 振动能够被很快地衰减下来。第一种方法从成本和重量方面考虑是不可取的；第二种方法是传统的结构设计所经常采用的方法，但如果振动谱非常复杂，则这种方法也只能部分解决问题。在前两种传统的防噪减振措施不能满足需要时，人们希望有一个根本解决问题的方法，即寻找高阻尼材料，将振动和噪声抑制在发生源处。阻尼本领是材料的一种性质，它能够将材料的机械振动
2、能量通过内部机制不可逆地转变为其他形式的能量(通常是热能)。高阻尼材料可以分为两大类：有机系统和金属系统。具有粘弹性阻尼特性的有机涂层或夹层具有较高的阻尼本领，且对外加电磁场不敏感，而在室温附近得到了较多的应用，但由于很容易被环境(水、油等)所污染，所以它们只在特定的频率和温度范围内才是有效的。某些金属和合金，在具有足够的强度和韧性而作为结构材料的同时，还具有不依赖于频率、相对于塑料来说较小地依赖于温度的、较高的内禀阻尼特性，因此得到了广泛的应用。在所有金属结构材料中，镁合金阻尼性能最好，阻尼系数是铝合金的 15 倍，钢的 60 倍，阻尼系数越大，振幅衰减越快，减振性能越好；高的阻尼容量和良好
3、的消振性能，使其可承受较大的冲击振动负荷，适用于制造承受冲击载荷和振动的零部件。此外，镁合金是比重最小的金属结构材料，比重约是铝的 2/3，钢的 1/4，因此在轻量化方面具有得天独厚的优势。正是由于以上两大特质以及电磁屏蔽性等其他优点，镁合金广泛应用于航空航天、军事等尖端领域和交通、3C 等民用领域。镁合金可满足航空航天、军事领域对轻质材料吸噪、减振、防辐射的要求，可大大改善飞行器的气体动力学性能和明显减轻结构重量。在国外，B36 重型轰炸机每架用 4086kg 镁合金簿板；喷气式歼击机“洛克希德 F80”的机翼用镁板，使结构零件的数量从 47758 个减少到 16050 个；“德热来奈”飞船
4、的起动火箭“大力神”曾使用了 600kg 的变形镁合金；“季斯卡维列尔”卫星中使用了 675kg 的变形镁合金；直径约 1 米的“维热尔”火箭壳体是用镁合金挤压管材制造的。我国的歼击机、轰炸机、直升机、运输机、民用机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星、飞船上均选用了镁合金构件：一个型号的飞机最多选用了 300400 项镁合金构件；一个零件的重量最重近 300kg；一个构件的最大尺寸达 2m 多。镁合金应用于交通领域尤其是汽车零件的不仅可减轻整车重量，间接减少燃油消耗量；而且减振量大于铝合金和铸铁，用于壳体可降低噪声，用于座椅、轮毂可以减少振动，提高汽车的安全性和舒适性。目前用于汽车上的镁
5、合金零件至少有 60 种，主要有仪表盘、座椅骨架、方向盘、引擎盖、变速箱、进气歧管、轮毂等。使用镁合金轮毂可减少汽车引擎、悬吊托架及变速箱的振动，提高其使用寿命；同时也提高了汽车行驶过程中的平稳性、安全性和舒适性。据报道，美国研制的一种镁合金汽车轮毂，在轮胎被扎破之后仍能以不高于 48km/h 的速度行驶，汽车不受损害，可防止人身事故。而对骑摩托车或自行车的人而言，更低的振动性意味着更高价值的享受。高阻尼材料和结构设计结合的一个很好的例子是泡沫镁合金，由日本名古屋工业研究所于 1999 年 5 月研发成功，具有极好的吸振和耐高温性能，可用于汽车防撞杆和消声器。3C 产品(计算机、通讯、消费类电
6、子产品)是当今全球发展最快的产业，镁合金非常适合制造便携式 3C 产品外壳。虽然密度是塑料的 1.5 倍，但在刚度、散热性和可回收方面都优于塑料。镁合金良好的减振性能可大大减少噪声和振动，有助于减少外界振动源对内部精密电子、光学组件的干扰。早在 1992 年日本笔记本电脑厂商就推出了镁合金产品，1998 年以后日本所有的笔记本电脑厂商，诸如 Sony、Sharp、Hitachi 和 Panasonic 等均推出了镁合金外壳机型，目前 38mm 以下机种已全部采用镁合金外壳。2003 年日立金属将镁合金成功运用于卡西欧(Casio)的数码相机 EXILIM EXS3 的外壳中，并获得当年国际镁合
7、金协会的最优化设计的奖励。我国联想和华硕也在部分高端产品中逐渐开始采用镁合金外壳。随着消费者对轻、薄、短、小以及时尚新潮的要求越来越高，在 3C 产品的外壳应用上，镁合金已有逐步取代 ABS、PC 等材料的趋势。开发具有大的阻尼本领的阻尼材料在减振、防噪和提高结构件的性能等方面具有重要的意义，将成为 21 世纪材料科学研究的热点之一。对于具有高阻尼性能的镁合金而言，如何解决阻尼性能和力学性能之间的矛盾，开发同时具有高阻尼和足够力学性能的镁基阻尼合金是高性能镁合金开发的重要课题之一。目前已开发及使用的镁基阻尼合金基本为铸造镁合金，通过热机械加工工艺如挤压、热轧和等通道角挤压等以及热处理工艺，研究和开发镁基阻尼合金将是未来该领域的重要方向。(来源:重大装备技术)
