CN101942595A - 镁基铜纤维浮石氧化铁钡复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镁基铜纤维浮石氧化铁钡复合材料及其制备方法，该复合材料吸波性能高，并且具有优越的阻尼性能，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该复合材料以镁合金为基体，在基体上分布着浮石氧化铁钡复合物和铜合金纤维，浮石氧化铁钡复合物和铜合金纤维二者占复合材料的体积百分比为45-55％；浮石氧化铁钡复合物的颗粒为0.5-1mm；该镁合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为3％～6％，Pb为0.005％～0.01％，Ta为0.001％～0.005％，Si为0.5％-1％，Te为0.005％-0.01％，其余为Mg。

Description

镁基铜纤维浮石氧化铁钡复合材料及其制备方法

一、技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种镁合金浮石氧化铁钡吸波减振复合材料及其制备方法及其制备方法。

二、背景技术

目前属材料领域中，对材料的吸波减振作用受到了重视。

CN200410023374.1涉及一种铝基吸波材料及其制备方法，其特征在于：将铝或铝合金板表层采用直流或交流电一步或二步阳极氧化法形成多孔氧化铝膜，制成铝基多孔氧化铝模板，即AAO模板；采用直流或脉冲电流电化学沉积在铝基AAO多孔膜中组装磁性纳米金属线阵列，制成表层原位组装磁性纳米线阵列的铝基吸波材料。该方法的缺点是要求技术难度高。

CN200910071958.9提出陶瓷晶须/铁磁金属复合吸波材料及其制备方法，它涉及一种用于吸收电磁波的复合材料及其制备方法。将表面镀有铁磁金属镀层的陶瓷晶须在温度为300～400℃、热处理气氛为氢气或氩气的条件下热处理60分钟，即得陶瓷晶须/铁磁金属复合吸波材料。该方法的缺点是陶瓷晶须表面涂铁磁金属镀层，加工中铁磁金属易脱落。

CN200910191481.8号申请涉及一种具有优良阻尼特性的短碳纤维增强镁基复合材料的制备方法，它包括以下步骤：(1)去除短碳纤维表面的有机胶层；(2)化学镀沉积金属镍涂层，在碱性条件下通过控制沉积时间来得到需要厚度的涂层；(3)在制备好表面镀有金属镍涂层的短碳纤维后，采用粉末冶金法即可制备得到具有优良阻尼特性的短碳纤维增强镁基复合材料。该发明将3～20％体积百分数的化学镀镍短碳纤维加入到镁基体中，虽然强化了基体并赋予其更为优良的阻尼性能，其阻尼性能具有比纯镁更优良的阻尼性能，可达到0.015的高阻尼范围，但是工艺更为复杂。该材料的缺点是吸波性能差。

三、发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种镁基铜纤维浮石氧化铁钡复合材料，该复合材料吸波性能高，并且具有优越的阻尼性能。

本发明的另一目的是提供镁基铜纤维浮石氧化铁钡复合材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种镁基铜纤维浮石氧化铁钡复合材料，该复合材料以镁合金为基体，在基体上分布着浮石氧化铁钡复合物和铜合金纤维，浮石氧化铁钡复合物和铜合金纤维二者占复合材料的体积百分比为45-55％；浮石氧化铁钡复合物的颗粒为0.5-1mm；

该镁合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为3％～6％，Pb为0.005％～0.01％，Ta为0.001％～0.005％，Si为0.5％-1％，Te为0.005％-0.01％，其余为Mg；

铜合金纤维各成份的重量百分含量为：Mn为5％～10％，Al为0.003％-0.09％，其余为Cu；

浮石氧化铁钡复合物为氧化铁钴钻入浮石的孔隙中，并在孔隙壁面形成一层厚度为0.1-10μm薄膜。

2、一种镁基铜纤维浮石氧化铁钡复合材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

a、浮石氧化铁钡复合物的准备：

将氯化铁、硝酸钡和柠檬酸以1∶5-10∶5-20的比例加水溶解(加少量水至溶解即可)，然后放入浮石，在80℃水浴中搅拌10-20min，浮石颗粒的尺寸为0.5-1mm，三者混合溶液和浮石的重量比为5-10∶1，搅拌结束后，将搅拌物置于120℃的烘箱中保温30min后自然冷却，然后再放入550-590℃的烘箱中，保温30min后自然冷却，得到浮石氧化铁钡复合物；

再把氯化铁和硫酸亚铁铵装入带聚四氟乙烯衬里的水热容器中，加水溶解(加少量水至溶解即可)，再装入浮石氧化钡复合物，搅拌以上三种物质达5-10min，三种物质氯化铁、硫酸亚铁铵及浮石氧化铁钡复合物的重量比为1∶1∶1-2，搅拌结束后将搅拌物置于220℃的烘箱中保温3h后自然冷却便得到浮石氧化铁钡复合物；

b、铜合金纤维的准备：按重量百分含Mn为5％～10％，Al为0.003％-0.09％，其余为Cu进行配料，原料置于带有加热装置的升液管内熔化而形成铜合金液；熔化温度为1150-1180℃；合金液通过升液管与旋转的水冷铜合金转轮凸缘接触，水冷铜合金转轮转轮凸缘将合金液拽出，形成铜合金材料纤维，转轮凸缘的线速度为19-21m/s，铜纤维的直径为10-45μm，转轮开转前开启转轮水冷系统，水冷系统进水温度小于30℃；

c、然后将(截取)长径比为8∶1的上述铜合金纤维和上述浮石氧化铁钡复合物放入有加热装置的底部通真空系统的钢制模具的空腔中形成复合物预制体，铜合金纤维占浮石氧化铁钡复合物重量比为2％，复合物预制体占金属模具空腔体积的45-55％；开启模具加热装置，控制温度为450-480℃。

d、镁合金液的准备：将重量百分含量为Al为3％～6％，Pb为0.005％～0.01％，Ta为0.001％～0.005％，Si为0.5％-1％，Te为0.005％-0.01％，其余为Mg的原料在680-720℃温度下熔化成合金液；

e、开启真空系统，控制上述钢制模具内的相对真空度为-30Kpa，将上述镁合金液体浇入钢制模具空腔内的复合物预制体的上面，并注满模具，镁合金液体在相对真空度为-30Kpa的压力作用下渗入浮石氧化铁钡复合物预制体中的间隙，关闭模具加热装置，合金液体在模具内冷却凝固而形成镁合金基浮石氧化铁钡复合材料。

本发明相比现有技术的有益效果如下：

本发明中浮石空隙大，易于接纳铁氧体，铁氧体处于浮石的空隙中，形成铁氧体不会散落的浮石氧化铁钡复合物，因而成为复合材料吸收电磁波的坚实的物质中心；铁和钡氧化物复合吸波，作用比单一铁氧体增强。

浮石氧化铁钴复合物为氧化铁钴钻入浮石的孔隙中，并在孔隙壁面形成一层厚度为0.1-10μm薄膜。浮石氧化铁钡复合物中的氧化铁钡为Fe₃O₄和BaO的混合物。

铁氧体处于浮石的空隙中，不于镁合金液体接触，因此不会造成镁合金的氧化；

镁合金中的Si、Te和Pb可促进镁合金与浮石的界面结合。镁合金中的Ta可强化镁合金的颗粒，提高复合材料基体的强度。坚实的浮石氧化铁钡复合物可提高镁合金复合材料的抗压性能。这些都能改善镁合金基浮石氧化铁钡复合材料的力学性能。

铜纤维起增强复合材料基体的作用。

本发明的合金性能见表1。

浮石空隙大，易于接纳铁氧体，因此制备中搅拌和加热时间均短，生产周期短。

复合材料制备工艺简便，生产的复合材料具有一定良好阻尼性能，同时吸波性能优越，而且生产成本低，非常便于工业化生产。

四、附图说明

图1为本发明实施例一制得的镁基铜纤维浮石氧化铁钡复合材料的金相组织。

由图1可以看到在镁合金基体上分布有浮石氧化铁钡复合材料。

五、具体实施方式

以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg或其它重量单位。

实施例一：

本发明镁基铜纤维浮石氧化铁钡复合材料的制备过程如下：

a、浮石氧化铁钡复合物的准备：

1、将氯化铁、硝酸钡和柠檬酸以1∶5∶5的比例加少量水至溶解，形成三者混合溶液，然后放入浮石，在80水浴中搅拌10-20min，浮石颗粒的尺寸为0.5mm左右，三者混合溶液和浮石的重量比为5∶1，搅拌结束后，将搅拌物置于120℃的烘箱中保温30min后自然冷却，然后再放入550-590℃的烘箱中，保温30min后自然冷却，得到浮石氧化铁钡复合物；

2、再把氯化铁和硫酸亚铁铵装入带聚四氟乙烯衬里的水热容器中，加水溶解(加少量水至溶解即可)，再装入浮石氧化钡复合物，搅拌以上三种物质达5-10min，三种物质氯化铁、硫酸亚铁铵及浮石氧化铁钡复合物的重量比为1∶1∶1，搅拌结束后将搅拌物置于220℃的烘箱中保温3h后自然冷却便得到浮石氧化铁钡复合物；

b、铜合金纤维的准备：按重量百分含Mn为5％，Al为0.003％，其余为Cu进行配料，原料置于带有加热装置的升液管内熔化而形成铜合金液；升液管下部套装有柱塞，柱塞在动力装置带动下可沿升液管上、下移动，柱塞上移时可将升液管内液面抬高，从而便于转轮凸缘将合金液拽出，形成细晶铜纤维，转轮采用轮缘有凸缘的水冷铜合金转轮。合金液通过升液管与旋转的水冷铜合金转轮凸缘接触，水冷铜合金转轮转轮凸缘将合金液拽出，形成铜合金材料纤维，转轮凸缘的线速度为19-21m/s，铜纤维的直径为10-45μm，转轮开转前开启转轮水冷系统，水冷系统进水温度小于30℃；

c、然后将(截取)长径比为8∶1的上述铜合金纤维和上述2中制得的浮石氧化铁钡复合物放入有加热装置的底部通真空系统的钢制模具的空腔中形成复合物预制体，铜合金纤维和浮石氧化铁钡复合物重量比为2％，复合物预制体占金属模具空腔体积的55％；开启模具加热装置，控制温度为450-480℃。

d、镁合金液的准备：将重量百分含量为Al为3％，Pb为0.005％，Ta为0.001％，Si为0.5％，Te为0.005％，其余为Mg为原料，在680-720℃温度下熔化成合金液；

e、开启真空系统，控制上述钢制模具内的相对真空度为-30Kpa，将上述镁合金液体浇入钢制模具空腔内的复合物预制体的上面，并注满模具，关闭模具加热装置，镁合金液体在真空压力作用下渗入浮石氧化铁钡复合物预制体中的间隙，合金液体在模具内冷却凝固而形成镁合金基浮石氧化铁钡复合材料。

实施例二：

a、浮石氧化铁钡复合物的准备：

氯化铁、硝酸钡和柠檬酸溶液的重量比为1∶10∶20，该溶液和浮石的重量比为10∶1，浮石的尺寸为1mm。浮石氧化铁钡复合物的制备中，氯化铁、硫酸亚铁铵及浮石氧化钡复合物的重量比为1∶1∶2。

b、铜合金纤维的准备：按重量百分含Mn为8％，Al为0.009％，其余为Cu进行配料，

c、控制复合物预制体占金属模具空腔体积的45％；

d、镁合金液的准备：镁合金成分的重量百分含量为Al为6％，Pb为0.01％，Ta为0.005％，Si为1％，Te为0.01％，其余为Mg。

实施例三：

a、浮石氧化铁钡复合物的准备：

氯化铁、硝酸钡和柠檬酸溶液的重量比为1∶8∶10，该溶液和浮石的重量比为8∶1，浮石的尺寸为0.7mm。浮石氧化铁钡复合物的制备中，氯化铁、硫酸亚铁铵及浮石氧化钡复合物的重量比为1∶1∶1.5。

b、铜合金纤维的准备：按重量百分含Mn为10％，Al为0.006％，其余为Cu进行配料，

c、控制复合物预制体占金属模具空腔体积的50％；

d、镁合金液的准备：镁合金成分的重量百分含量为Al为4％，Pb为0.007％，Ta为0.003％，Si为0.8％，Te为0.007％，其余为Mg。

实施例四：(原料配比不在本发明配比范围内的实例)

a、浮石氧化铁钡复合物的准备：

氯化铁、硝酸钡和柠檬酸溶液的重量比为1∶4∶4，该溶液和浮石的重量比为4∶1，浮石的尺寸为0.4mm。浮石氧化铁钡复合物的制备中，氯化铁、硫酸亚铁铵及浮石氧化钡复合物的重量比为1∶1∶1.2。

b、铜合金纤维的准备：按重量百分含Mn为4％，Al为0.003％-0.09％，其余为Cu进行配料，

c、控制复合物预制体占金属模具空腔体积的45％；

d、镁合金液的准备：镁合金成分的重量百分含量为Al为2％，Pb为0.004％，Ta为0.0005％，Si为0.4％，Te为0.004％，其余为Mg。

实施例五：(原料配比不在本发明配比范围内的实例)

a、浮石氧化铁钡复合物的准备：

氯化铁、硝酸钡和柠檬酸溶液的重量比为1∶11∶21配制加少量水形成溶液，该溶液和浮石的重量比为11∶1，浮石的尺寸为1.1mm。浮石氧化铁钡复合物的制备中，氯化铁、硫酸亚铁铵及浮石氧化钡复合物的重量比为1∶1∶3。

b、铜合金纤维的准备：按重量百分含Mn为12％，Al为0.1％，其余为Cu进行配料，

c、控制复合物预制体占金属模具空腔体积的45％；

d、镁合金液的准备：镁合金成分的重量百分含量为Al为7％，Pb为0.02％，Ta为0.006％，Si为1.2％，Te为0.02％，其余为Mg。

下表为不同成份与配比的合金性能对照表：

表1

镁合金基浮石氧化铁钡复合材料，复合物的颗粒尺寸过小，既减小了吸波单元，降低了吸波强度和减振强度，又不利于不利于复合材料制造；复合物的颗粒尺寸过大，吸波单元增大，减小了单位复合材料体积中吸波单元的数量，也不利于吸波和减振。

镁合金基浮石氧化铁钡复合材料制备时，浮石数量过小，氯化铁、硝酸钡、硫酸亚铁铵、柠檬酸不易全部进入浮石间隙，复合材料总的铁氧体数量少，吸波强度弱；浮石数量过多，不易形成完善的复合材料，浮石间隙内容纳的铁氧体数量少，吸波强度也弱。

镁合金基体中的Al、Ta、Si、Te在本申请范围内，复合材料具有良好的性能。这些元素超出本申请配比范围，脆性化合物数量多，镁合金难与浮石界面结合，镁合金自身的力学性能降低，也大大降低复合材料的吸波性及减振性。

Claims (2)

1.一种镁基铜纤维浮石氧化铁钡复合材料，该复合材料以镁合金为基体，在基体上分布着浮石氧化铁钡复合物和铜合金纤维，浮石氧化铁钡复合物和铜合金纤维二者占复合材料的体积百分比为45-55％；浮石氧化铁钡复合物的颗粒为0.5-1mm；

该镁合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为3％～6％，Pb为0.005％～0.01％，Ta为0.001％～0.005％，Si为0.5％-1％，Te为0.005％-0.01％，其余为Mg；

铜合金纤维各成份的重量百分含量为：Mn为5％～10％，Al为0.003％-0.09％，其余为Cu。

2.一种镁基铜纤维浮石氧化铁钡复合材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

a、浮石氧化铁钡复合物的准备：

将氯化铁、硝酸钡和柠檬酸以1∶5-10∶5-20的比例加水溶解，然后放入浮石，在80℃水浴中搅拌10-20min，浮石颗粒的尺寸为0.5-1mm，三者混合溶液和浮石的重量比为5-10∶1，搅拌结束后，将搅拌物置于120℃的烘箱中保温30min后自然冷却，然后再放入550-590℃的烘箱中，保温30min后自然冷却，得到浮石氧化铁钡复合物；

再把氯化铁和硫酸亚铁铵装入带聚四氟乙烯衬里的水热容器中，加水溶解，再装入浮石氧化钡复合物，搅拌以上三种物质达5-10min，三种物质氯化铁、硫酸亚铁铵及浮石氧化铁钡复合物的重量比为1∶1∶1-2，搅拌结束后将搅拌物置于220℃的烘箱中保温3h后自然冷却便得到浮石氧化铁钡复合物；

b、铜合金纤维的准备：按重量百分含Mn为5％～10％，Al为0.003％-0.09％，其余为Cu进行配料，原料置于带有加热装置的升液管内熔化而形成铜合金液；熔化温度为1150-1180℃；合金液通过升液管与旋转的水冷铜合金转轮凸缘接触，水冷铜合金转轮转轮凸缘将合金液拽出，形成铜合金材料纤维，转轮凸缘的线速度为19-21m/s，铜纤维的直径为10-45μm，转轮开转前开启转轮水冷系统，水冷系统进水温度小于30℃；

c、然后将长径比为8∶1的上述铜合金纤维和上述浮石氧化铁钡复合物放入有加热装置的底部通真空系统的钢制模具的空腔中形成复合物预制体，铜合金纤维占浮石氧化铁钡复合物重量比为2％，复合物预制体占金属模具空腔体积的45-55％；开启模具加热装置，控制温度为450-480℃；

d、镁合金液的准备：将重量百分含量为Al为3％～6％，Pb为0.005％～0.01％，Ta为0.001％～0.005％，Si为0.5％-1％，Te为0.005％-0.01％，其余为Mg的原料在680-720℃温度下熔化成合金液；

e、开启真空系统，控制上述钢制模具内的相对真空度为-30Kpa，将上述镁合金液体浇入钢制模具空腔内的复合物预制体的上面，并注满模具，镁合金液体在相对真空度为-30Kpa的压力作用下渗入浮石氧化铁钡复合物预制体中的间隙，关闭模具加热装置，合金液体在模具内冷却凝固而形成镁合金基浮石氧化铁钡复合材料。

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