不锈钢纤维增强镁基仿生复合材料制备与力学性能

谢丽文，张立龙，刘艳艳，张明阳，王绍钢，焦大，刘增乾，张哲峰

摘要：利用Mg熔体浸渗不锈钢纤维编织骨架的方法，制备了具有类似天然鱼鳞的正交层合板和双螺旋层合板结构的镁基仿生复合材料，并选用二维平面随机取向结构作为对比，表征了复合材料的相组成、微观结构以及在室温与200℃条件下的力学性能，揭示了其微观结构与力学性能之间的关系。结果表明，镁基复合材料中不锈钢纤维能够起到显著的强化作用，并且其力学性能与微观结构密切相关。与二维平面随机取向结构相比，类鱼鳞仿生结构表现出更高的拉伸强度和塑性，并且能够通过不锈钢纤维从Mg基体中拔出促进变形和消耗能量。特别是，类鱼鳞双螺旋层合板结构在室温条件下塑性更高，而在高温条件下强度更高，其不同取向的纤维之间能够协调变形，诱导裂纹发生偏转，并减弱变形和损伤的局域化程度。本工作通过探索构筑新型仿生结构，有望为优化设计镁基复合材料的结构以提高其性能提供参考。

关键词：镁基复合材料，类鱼鳞结构，仿生设计，不锈钢纤维，力学性能