CN101603138A - 一种含准晶增强相的高阻尼镁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种含准晶增强相的高阻尼镁合金及其制备方法，其合金成分及其重量百分比为：0.9％～1.0％的锌，0.15％～0.2％的钇，0.6％的锆。镁、锌均为工业纯镁和工业纯锌；合金元素钇、锆分别采用镁－30％钇，镁－30％锆中间合金形式加入；通过预热、熔炼和成型，制备出含准晶增强相的高阻尼镁合金。本发明以锌、钇、锆作为合金元素，通过控制合金中锌和钇的原子含量比在5～6范围内，形成的二十面体准晶相具有特殊的晶体结构，使得界面结合稳定，能够阻止位错的滑移和孪晶的扩展，起到很好的强化作用，有效克服了镁基高阻尼结构材料中的强度和阻尼性能的矛盾性问题，且具有较好的耐蚀性能，是一种综合性能兼顾的镁合金。

Description

一种含准晶增强相的高阻尼镁合金及其制备方法

一、所属技术领域：

本发明涉及材料领域，具体是一种含准晶增强相的高阻尼镁合金及其制备方法。

二、背景技术：

振动和噪声是伴随现代工业高速发展而产生的重要公害之一。多年来，现代工业的各个领域一直在采取各种手段控制振动和噪声带来的危害，阻尼减振技术也由此应运而生。阻尼的方法主要有三种，即采用系统阻尼、结构阻尼和材料阻尼。材料阻尼是依靠材料本身所具有的高阻尼特性达到减振的目的。采用材料自身阻尼则可以降低设计成本并使系统更加轻便。因此，研制新型低密度、高强度的高阻尼结构材料，无论是对民用还是军工高技术领域均有重要的战略意义。镁基阻尼合金是高比强、高阻尼结构材料中最有前途的材料。

在众多金属当中，纯镁具有最好的阻尼性能，但由于其强度及耐蚀性能很差，不能作为结构材料使用。目前常见的二元高阻尼合金也只有镁-锆，镁-镍等少数几种，但在使用过程中仍暴露了强度偏低、耐蚀较差等缺点。

三、发明内容

为克服现有技术中存在的镁-锆合金强度偏低的不足，本发明提出了一种含准晶增强相的高阻尼镁合金及其制备方法。

本发明的技术特征在于：以锌、钇、钻作为合金元素，通过控制合金中锌和钇的原子含量比在5～6范围内，实现在合金中形成镁-锌-钇二十面体准晶相，并以镁-锌-钇二十面体准晶相作为镁合金的主要增强相，从而保证本合金在具有较高阻尼性能的同时，还具有较高的力学性能。本发明所包括的合金成分及其重量百分比为：锌0.9％～1.0％的，钇0.15％～0.2％，锆0.6％；本发明的总量不超过百分之百。镁、锌均为工业纯镁和工业纯锌；合金元素钇、锆分别采用镁-30％钇，镁-30％锆中间合金形式加入。

本发明的制备方法为：

第一步，将坩埚预热到250℃，刷通用镁合金熔炼用坩埚涂料；

第二步，将坩埚加热到300℃，将纯镁加入坩埚并开始通入保护气体；该保护气体为二氧化碳和六氟化硫混合气体，其中六氟化硫的体积百分比为0.5％；

第三步，升温至镁完全熔化后，在温度为700℃～710℃时，依次加入镁-钇、镁-锆中间合金和纯锌；

第四步，继续升温至720℃，并搅拌，使中间合金和锌充分熔化；完全熔化后，保温10分钟；

第五步，用六氯乙烷进行精炼处理，并通入经充分干燥的氩气吹洗2-4分钟，以促使熔渣的上浮和下沉；

第六步，精炼后静置10分钟，并将温度降至700℃～710℃，浇入经预热至250℃的金属模型成型。合金的整个熔炼浇注过程均在二氧化碳及六氟化硫混合气体的保护下进行。

镁-0.85％锌-0.15％钇-0.6％锆合金的凝固组织为α-镁+共晶组织(α-镁+I相)，其中I相为二十面体准晶相，共晶相以层片状分布在晶界处。由于本发明以锌、钇、锆作为合金元素，并且合理控制锌/钇的含量比，合金中的溶质原子在熔体中发生反应而形成了稳定的准晶相并没有完全溶进基体，使合金中的溶解的溶质量大为降低，对基体位错的钉扎作用很小，这是该合金具有高阻尼性能的重要原因。能谱分析结果表明基体中几乎不含有锌、钇溶质原子。另一方面，通过二十面体准晶相的特殊晶体结构，及其与基体形成的界面具有较低的界面能，使界面结合很稳定，可阻止位错的滑移和孪晶的扩展，起到很好的强化作用，有效克服了镁基高阻尼结构材料中的强度和阻尼性能的矛盾性问题，且具有较好的耐蚀性能，是一种综合性能兼顾的镁合金。

四、具体实施方式：

实施例一

本实施例以含锌重量分数为0.90％，钇重量分数为0.15％，锆重量分数为0.6％的镁锌钇锆四元镁合金作为合金元素，制备一种高阻尼镁合金。锌采用工业纯锌加入，合金元素钇、锆采用中间合金加入，中间合金的成分为镁-30％钇，镁-30％锆。

制备时：

第一步，将坩埚预热到250℃，刷涂料；

第二步，将坩埚加热到300℃，将纯镁加入坩埚并开始通入防护气体；

第三步，当镁完全熔化后，于700℃加入镁-钇、镁-锆中间合金和纯锌；

第四步，继续升温至720℃，保温并搅拌使中间合金和锌充分熔化；

第五步，用六氯乙烷进行精炼处理，再通入经充分干燥的氩气吹洗2-4分钟，以促使熔渣的上浮和下沉。

第六步，精炼后静置10分钟，并将温度降至710℃，浇入经预热至250℃的金属型成型。

对该成分的合金试样进行力学性能、阻尼性能及耐蚀性能进行分析。实验结果表明该新型合金室温抗拉强度为179MPa，屈服强度为65MPa，延伸率为7.2％，相比较AZ91D合金，其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高了7％、10％和24％。在位移振幅为40μm，振动频率为1赫兹条件下，其室温阻尼性能tanφ为0.0121。

实施例二

本实施例以含锌重量分数为1.0％，钇重量分数为0.2％，锆重量分数为0.6％的镁锌钇锆四元镁合金作为合金元素，制备一种高强度、高阻尼、耐蚀的新型镁合金。锌采用工业纯锌加入，合金元素钇、锆采用中间合金加入，中间合金的成分为镁-30％钇，镁-30％锆。

制备时：

第一步，将坩埚预热到250℃，刷涂料；

第二步，将坩埚加热到300℃，将纯镁加入坩埚并开始通入防护气体；

第三步，当镁完全熔化后，于710℃加入镁-钇、镁-锆中间合金和纯锌；

第四步，继续升温至720℃，保温并搅拌使中间合金和锌充分熔化；

第五步，用六氯乙烷进行精炼处理，再通入经充分干燥的氩气吹洗2-4分钟，以促使熔渣的上浮和下沉。

第六步，精炼后静置10分钟，并将温度降至700℃，浇入经预热至250℃的金属型成型。

对该成分的合金试样进行力学性能及阻尼性能进行分析。实验结果表明该新型合金室温抗拉强度为184MPa，屈服强度为67MPa，延伸率为6.8％。在位移振幅为40μm，振动频率为1赫兹条件下，其室温阻尼性能tanφ为0.0108。

Claims (3)

1.一种含准晶增强相的高阻尼镁合金，其特征在于：以锌、钇、锆作为合金元素，并且控制合金中锌和钇的原子含量比在5～6范围内；合金中各元素的重量百分比为，锌：0.9％～1.0％，钇：0.15％～0.2％，锆：0.6％。

2.如权利要求1所述一种含准晶增强相的高阻尼镁合金，其特征在于：镁、锌均为工业纯镁和工业纯锌；合金元素钇、锆分别采用镁-30％钇，镁-30％锆中间合金形式加入。

3.一种制备如权利要求1所述含准晶增强相的高阻尼镁合金的方法，其特征在于：所述的制备方法为：

第一步，将坩埚预热到250℃，刷通用镁合金熔炼用坩埚涂料；

第二步，将坩埚加热到300℃，将纯镁加入坩埚并开始通入保护气体；该保护气体为二氧化碳和六氟化硫混合气体，其中六氟化硫的体积百分比为0.5％；

第三步，升温至镁完全熔化后，在温度为700℃～710℃时，依次加入镁-钇、镁-锆中间合金和纯锌；

第四步，继续升温至720℃，并搅拌，使中间合金和锌充分熔化；完全熔化后，保温10分钟；

第五步，用六氯乙烷进行精炼处理，并通入经充分干燥的氩气吹洗2-4分钟，以促使熔渣的上浮和下沉；

第六步，精炼后静置10分钟，并将温度降至700℃～710℃，浇入金属模型成型。合金的整个熔炼浇铸过程均在二氧化碳及六氟化硫混合气体的保护下进行。