CN100387742C

CN100387742C - Mg2Si/Mg－9Al－Y高阻尼复合材料

Info

Publication number: CN100387742C
Application number: CNB2005101104282A
Authority: CN
Inventors: 廖利华; 王浩伟; 李险峰; 马乃恒; 张修庆
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2005-11-17
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2025-11-17
Also published as: CN1772935A

Abstract

一种材料技术领域的Mg₂Si/Mg-9Al-Y高阻尼结构复合材料，组分及重量百分比组成为：6～10%Al，1～5%Si，0.4～1%Y，0.1～0.8%RE，0.5～0.6%Sb，杂质元素Fe、Ni、Na、K总含量小于0.08%，其余为Mg。本发明利用添加铝硅中间合金原位反应生成Mg₂Si/Mg-9Al-Y复合材料，Si极低的固溶度以及Mg₂Si的低热膨胀系数等优点克服了在提高材料力学性能同时降低阻尼性能的矛盾。同时利用Sb变质处理避免了粗大的汉字状Mg₂Si对力学性能的负面影响。本发明通过普通的铸造方法制备出力学性能和阻尼性能兼顾的结构功能一体化材料。

Description

Mg2Si/Mg-9Al-Y高阻尼复合材料

技术领域

本发明涉及的是一种金属材料技术领域的产品，具体是一种Mg₂Si/Mg-9Al-Y高阻尼结构复合材料。

背景技术

在现有工程用金属中，镁合金密度最小。虽然镁合金的强度、弹性模量比铝合金、合金钢低，但其比强度明显高于铝合金和钢，比刚度则与铝合金和钢大致相同。与铝合金具有相同刚度的镁合金，其重量约减轻了25％。镁合金同时具有良好的阻尼特征，在各种压力下的减振量远远高于铝合金和铸铁。以上的优点使镁合金用作壳体部件时可以降低噪声，提高密封性；用于座椅、转向柱、轮毂等零件时可以消除部件本身的振动，提高汽车的安全性和操作性能。但AZ91商用镁合金在汽车工业的广泛应用存在的问题，当温度超过120℃，强度迅速下降，而且阻尼性能也大幅度下降。因强度的提高和阻尼性能的改进具有独立的机制，甚至在很多方面互为矛盾。纯镁是阻尼性能最好的金属，但其力学性能很低无法作为工程材料使用。而现有力学性能较好的镁合金阻尼性能较纯镁却大大降低。目前在镁合金阻尼性能方面的研究主要集中在基础研究阶段，许多的研究者着眼于热处理对阻尼性能方面的研究，但其结果不甚理想。利用特殊的制备方法可以提高提高镁合金及其复合材料阻尼性能，因其制备工艺复杂和成本较高而无法达到实际应用。

经对现有技术的文献检索发现，R.Schaller在《Journal of Alloys andCompounds》(合金与化合物355(2003)131-135)发表的文中“Metal matrixcomposites，a smart choice for high damping materials”(金属基复合材料是高阻尼材料明智的选择)一文，该文利用定向凝固的方法制备Mg₂Si/Mg复合材料。该文提出Si是有利于提高镁合金阻尼性能的最有潜力的元素之一，该复合材料具有高的阻尼能力和机械性能。但因该法操作复杂而难以在工业中应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种Mg₂Si/Mg-9Al-Y高阻尼结构复合材料的制备方法。使其复合材料具有较好的阻尼性能和力学性能的组合，同时制备方法简单易操作，扩大了镁合金及其复合材料在汽车工业的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明高阻尼镁基复合材料的各组分及重量百分比为：6～10％Al，1～5％Si，0.4～1％Y，0.1～0.8％RE，0.5～0.6％Sb，杂质元素Fe、Ni、Na、K总含量小于0.08％，其余为Mg。

本发明的优选配方为：8～9％Al，1～3％Si，0.6～0.8％Y，0.3～0.6％RE，0.5％Sb，杂质元素Fe、Ni、Na、K总含量小于0.02％，其余为Mg。在本优选配方中，获得的材料具有与AZ91相近的高温强度，但其阻尼性能可以达到

左右，是AZ9l阻尼性能的两倍。

本发明以Mg-9Al为基体，添加一定量的Si通过原位反应生成一种含Mg₂Si强化相，同时添加少量的Y和RE元素通过铸造方法制备高阻尼镁基复合材料。同时考虑到镁合金中Mg₂Si化合物易形成粗大汉字状而影响力学性能，采用少量的Sb变质处理细化Mg₂Si相，以此可以获得力学性能和阻尼性能兼顾的结构功能一体化的材料。

本发明通过以下工艺制备得到：在10vol.％SF₆+90vol.％CO₂混合气体保护的条件下，将纯镁和纯铝完全溶化。分别加入Al-20Si，Mg-17Y和Al-10RE中间合金，熔化后进行搅拌。最后加入于200℃烘箱中烘干水分的金属锑，用铝箔包好后用钟罩迅速压入液面以下约半分钟后提起。将温度升至720℃对合金液进行精炼并静置20分钟，最后捞去表面的浮渣后浇铸于金属模具中。

与现有技术相比，本发明复合材料具有较好的阻尼性能和力学性能的组合，同时制备方法简单易操作。Mg₂Si颗粒与镁基体热膨胀系数相差很大，使得界面产生热不匹配，从而在其附近形成高的残余应力，甚至大于基体材料的屈服强度，因此产生塑性变形，消耗振动能量。高的残余应力引起新的位错增殖等一系列的优点为高阻尼的材料奠定了理论基础。同时Si的添加可以提高镁合金的高温抗力。因此本发明具有好的热抗力和高的减振能力组合，其室温和100℃下的阻尼能力较AZ91提高近50％，适合其在汽车、摩托车和电子行业的应用。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案和效果做进一步的描述。

实施例1

合金成分(重量百分比)：6％Al，1.0％Si，0.4％Y，0.3％RE，0.5％Sb，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。

在气体保护的条件下，在700℃保温，待纯镁和纯铝完全溶化后加入Al-20Si，Mg-17Y和Al-10RE中间合金，最后加入工业纯锑。加入方法：先将金属锑用铝箔包好后于200℃烘箱中烘干水分，用钟罩迅速压入液面以下约10分钟后，将温度升至750℃对合金液进行精炼后静置20分钟后，捞去表面的浮渣后浇铸于金属模具中。将所得的复合材料线切割成40×5×1mm³，通过DMTA测量材料在应变振幅为10^-6到10^-4范围内阻尼值

结果见下表中。

实施例2

合金成分(重量百分比)：8％Al，3.0％Si，0.6％Y，0.3％RE，0.5％Sb，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。

在气体保护的条件下，在700℃保温，待纯镁和纯铝完全溶化后加入Al-20Si，Mg-17Y和Al-10RE中间合金，最后加入工业纯锑。加入方法：先将金属锑用铝箔包好后于200℃烘箱中烘干水分，用钟罩迅速压入液面以下约10分钟后，将温度升至750℃对合金液进行精炼后静置20分钟后，捞去表面的浮渣后浇铸于金属模具中。将所得的复合材料线切割成40×5×1mm³，通过DMTA测量材料在应变振幅为10^-6到10^-4范围内阻尼值，结果见下表中。

实施例3

合金成分(重量百分比)：9％Al，4.0％Si，0.8％Y，0.6％RE，0.5％Sb，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。

在气体保护的条件下，在700℃保温，待纯镁和纯铝完全溶化后加入Al-20Si，Mg-17Y和Al-10RE中间合金，最后加入工业纯锑。加入方法：先将金属锑用铝箔包好后于200℃烘箱中烘干水分，用钟罩迅速压入液面以下约10分钟后，将温度升至750℃对合金液进行精炼后静置20分钟后，捞去表面的浮渣后浇铸于模具中。将所得的复合材料线切割成40×5×1mm³，通过DMTA测量材料在应变振幅为10^-6到10^-4范围内的阻尼值。结果见下表中。

实施例4

合金成分(重量百分比)：10％Al，5％Si，1％Y，0.8％RE，0.6％Sb，杂质元素小于0.02％，其余为Mg。

Claims

1.一种Mg₂Si/Mg-9Al-Y高阻尼结构复合材料，其特征在于，各组分及重量百分比为：6～10％Al，1～5％Si，0.4～1％Y，0.1～0.8％RE，0.5～0.6％Sb，杂质元素Fe、Ni、Na、K总含量小于0.08％，其余为Mg。

2.如权利要求1所述的Mg₂Si/Mg-9Al-Y高阻尼结构复合材料，其特征是，各组分及重量百分比为：8～9％Al，1～3％Si，0.6～0.8％Y，0.3～0.6％RE，0.5％Sb，杂质元素Fe、Ni、Na、K总含量小于0.02％，其余为Mg。