金属基复合泡沫材料(Metal matrix syntactic foams)是一种新型结构/功能材料,它是在金属基体中植入中空颗粒(空心微珠)后形成的一种多孔材料。金属基复合泡沫材料具有轻质、高比强度和比刚度、高吸能能力、良好的阻尼、吸声和隔热特性,在吸能缓冲、防撞减振及防爆抗振的汽车、航空航天、军事装备及船舶等领域得到越来越广泛的应用。目前,为了提高金属基复合泡沫材料的吸能能力,金属基体的强韧化以及先进合成技术的开发成为研究的热点。本论文以锌铝合金为基体,空心玻璃微珠为填充材料,采用搅拌铸造方法制备锌基复合泡沫材料。考察铸造工艺、合金化元素、空心玻璃微珠的体积分数和热处理工艺对锌基复合泡沫材料的显微组织和准静态压缩性能的影响,主要探讨了复合泡沫材料的抗压强度、屈服强度、平台应力、致密化应变、吸能性能和变形机制的影响规律及机理,并优化成分及工艺参数。主要研究结果如下:(1)考查了搅拌时间和搅拌温度对锌基复合泡沫材料显微组织和准静态压缩性能的影响。随着搅拌温度的升高,空心玻璃微珠破损率减小,气孔减少,复合材料的抗压强度有所提高;随着搅拌时间的延长,空心玻璃微珠分散性逐渐改善,但破损率增大,综合空心玻璃微珠分散性和准静态压缩性能,得出最佳的搅拌时间为5 min、最佳的搅拌温度为600℃。(2)分析了不同Al、Mg含量对锌基复合泡沫材料显微组织及准静态压缩性能的影响。分析表明随着A1含量的增加,锌铝合金中的α+η相从粒状组织逐渐向层片组织转化,层片组织逐渐变得粗大,在铝含量为10%时,基体与空心玻璃微珠间形成大量的镁锌金属间化合物,润湿性得到改善;随着镁含量的增加,粒状组织增多,润湿性提升,但脆性金属间化合物增多,在镁含量为1.5%时,粒状组织消失,形成的白色金属间化合物包裹于空心玻璃微珠壳壁。在Al、Mg含量分别为10%和1.5%时,获得了抗压强度为460 MPa,屈服强度为410MPa,平均平台应力为229 MPa,致密化应变为72.6%,比吸能为31.2KJ/kg,吸能能力为174.2MJ/m3,以上参数均高于其他Al、Mg含量的锌基复合泡沫材料,综合准静态压缩性能分析得出最佳的Al、Mg含量分别为10%和1.5%。(3)探讨了不同体积分数的空心玻璃微珠对锌基复合泡沫材料准静态压缩性能的影响。随着空心玻璃微珠体积分数的增加,屈服强度、抗压强度、平均平台应力、吸能能力以及比吸能呈先上升后下降趋势。综合考虑复合材料的压缩性能,得出体积分数为25%时复合泡沫材料的压缩性能最佳,其平均平台应力、致密化应变、吸能能力、比吸能和吸能效率分别为177 MPa、75.9%、134.7 MJ/m3、30.2 KJ/kg 和 67.5%。(4)研究了 Zn-10Al-2Cu-1.5Mg-25Vol.%HGM复合泡沫材料不同热处理工艺的显微组织和准静态压缩性能。对335℃/2h热处理后的复合材料进行空冷、炉冷和水淬处理,结果发现,原铸态固溶的Cu以ε相析出,同时发现基体产生孔洞;空冷和炉冷处理后复合材料的压缩性能均比铸态的有所降低,而水淬后复合材料的平均平台应力有所提高;对水淬后的复合泡沫材料进行120℃/2 h/AC和120℃/5 h/AC的时效处理,结果发现,ε相与α相发生四相转变,生成T’和η相,随着时效时间的延长,复合材料基体开始脱溶析出α和η相,并逐渐粗化。时效后复合泡沫材料的屈服强度下降、但抗压强度和平均平台应力大幅度提升,其中,120℃/2h/AC复合材料的准静态压缩性能最佳,其抗压强度和平均平台应力分别达到388 MPa和238 MPa,吸收能力和比吸能分别达到187MJ/m3和36KJ/kg,分别比铸态提高了 38.8%和 19.2%。本论文采用搅拌铸造法制备的锌基复合泡沫材料的吸能能力和比吸能比目前文献报道的许多金属基复合泡沫材料的要高,表明所制备的复合泡沫材料在吸能缓冲及防撞减振领域具有潜在的应用价值。