CN101942622B - 锌合金海泡石浮石氧化铁复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锌合金海泡石浮石氧化铁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。该复合材料以锌合金为基体，在基体上分布着海泡石浮石氧化铁复合物和钛纤维，复合物的颗粒为0.5-1mm；海泡石浮石氧化铁复合物和钛纤维二者占复合材料的体积比为45-55％；该锌合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为20％～24％，Ti为0.03％～0.08％，Ce为0.01％～0.05％，Si为0.05％-0.1％，其余为Zn。
Description
一、技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种锌合金海泡石浮石氧化铁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号申请涉及一种铝基吸波材料及其制备方法，其特征在于：将铝或锌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号申请提出陶瓷晶须/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。
CN200810219444.9号申请公开了一种颗粒增强阻尼多孔镍钛记忆合金基复合材料的制备方法。采用梯级粉末烧结法，将镍、钛金属粉末和调控材料的硅或氧化铝颗粒按一定比例均匀混合后压制成生坯，硅颗粒或氧化铝颗粒占生坯重量的5～15％，采取梯级加热方式一次整体烧结而制得复合材料。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，提供一种锌合金海泡石浮石氧化铁复合材料，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锌合金海泡石浮石氧化铁吸波减振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：
一种锌合金基海泡石浮石氧化铁复合材料，该复合材料以锌合金为基体，在基体上分布着海泡石浮石氧化铁复合物和钛纤维，复合物的颗粒为0.5-1mm；海泡石浮石氧化铁复合物和钛纤维二者占复合材料的体积比为45-55％；该锌合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为20％～24％，Ti为0.03％～0.08％，Ce为0.01％～0.05％，Si为0.05％-0.1％，其余为Zn；海泡石浮石氧化铁复合物为氧化铁钻入浮石、海泡石的孔隙中，并在孔隙壁面形成一层厚度为0.1-10μm薄膜。
一种锌合金基海泡石浮石氧化铁复合材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
a.海泡石浮石氧化铁复合物的准备：先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)，再装入海泡石和浮石，浮石颗粒的尺寸为0.5-1mm，海泡石颗粒的尺寸为0.05-0.3mm，海泡石和浮石的重量比为(0.01-0.1)∶1，搅拌以上物质达4-7min，氯化铁、硫酸亚铁铵及海泡石浮石混合物的重量比为1∶1∶(1-2)，搅拌结束后将搅拌物置于220℃的烘箱中保温3h后自然冷却便得到海泡石浮石氧化铁复合物；
b.钛纤维的准备：按重量百分含V为0.2％-0.4％，Sm为0.003％-0.09％，其余为Ti进行配料，原料置于带有加热装置的升液管内熔化而形成铁合金液，熔化温度为1750-1790℃；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，形成钛纤维，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，水冷铜合金转轮凸缘将合金液拽出，形成合金材料纤维，转轮凸缘的线速度为19-21m/s，钛纤维的直径为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6∶1的钛纤维和海泡石浮石氧化铁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，钛纤维和海泡石浮石氧化铁复合物的重量百分数为3％，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，控制温度在430-460℃；
d.锌合金液的准备：将重量百分含量为Al为20％～24％，Ti为0.03％～0.08％，Ce为0.01％～0.05％，Si为0.05％-0.1％，其余为Zn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；锌合金液体在真空压力作用下渗入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，形成锌合金基海泡石浮石氧化铁复合材料。
本发明相比现有技术的有益效果如下：
本发明的海泡石、浮石空隙大，易于接纳氧化铁，氧化铁处于海泡石浮石的空隙中，形成氧化铁不会散落的海泡石浮石氧化铁复合物，因而成为复合材料吸收电磁波的坚实的物质中心；浮石空隙比海泡石大，浮石取较多的氧化铁，而海泡石取较少的氧化铁，因此海泡石和浮石组合具有较大的电磁波吸收范围。其中氧化铁为Fe3O4。
海泡石和浮石尺寸不同便于相间分布，利于锌合金的浸渗。
氧化铁处于海泡石浮石的空隙中，不于锌合金液体接触，因此不会造成锌合金的氧化；
锌合金中的Si可促进锌合金与海泡石浮石的界面结合。锌合金中的Ti和Th可减小锌合金的颗粒，提高复合材料基体的强度。坚实的海泡石浮石氧化铁复合物可提高锌合金复合材料的抗压性能。这些都能改善锌合金基海泡石浮石氧化铁复合材料的力学性能。
钛纤维的作用是提高复合材料基体的强度。
本发明的合金性能见表1。
海泡石浮石空隙大，易于接纳氧化铁，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锌合金基海泡石浮石氧化铁复合材料的金相组织。
由图1可以看到在锌合金基体上分布有海泡石浮石氧化铁复合体。
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：
本发明锌合金基海泡石浮石氧化铁复合材料的制备过程如下：
a.海泡石浮石氧化铁复合物的准备：先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)，再装入海泡石和浮石，浮石颗粒的尺寸为0.5-1mm，海泡石颗粒的尺寸为0.05-0.3mm，海泡石和浮石的重量比为0.01∶1，搅拌以上物质达4-7min，氯化铁、硫酸亚铁铵及海泡石浮石混合物的重量比为1∶1∶(1-2)，搅拌结束后将搅拌物置于220℃的烘箱中保温3h后自然冷却便得到海泡石浮石氧化铁复合物；
b.钛纤维的准备：按重量百分含V为0.2％，Sm为0.09％，其余为Ti进行配料，原料置于带有加热装置的升液管内熔化而形成铁合金液；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，形成钛纤维，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，水冷铜合金转轮凸缘将合金液拽出，形成合金材料纤维，转轮凸缘的线速度为19-21m/s，钛纤维的直径为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.复合物预制体的准备：然后将长径比为6∶1的钛纤维和海泡石浮石氧化铁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，钛纤维和占海泡石浮石氧化铁复合物的重量百分数为3％，控制复合物预制体占金属模具空腔体积的50％(由此可控制复合物预制体占复合材料的体积百分比)；开启模具加热装置，加热温度控制在430-460℃。
d.锌合金液的准备：将重量百分含量为Al为20％，Ti为0.03％，Ce为0.01％，Si为0.05％，其余为Zn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；锌合金液体在真空压力作用下渗入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，形成锌合金基海泡石浮石氧化铁复合材料。
实施例二：
a.制备海泡石浮石氧化铁复合物：氯化铁、硫酸亚铁铵及海泡石浮石的重量比为1∶1∶2，浮石颗粒的尺寸为1mm，海泡石颗粒的尺寸为0.3mm，海泡石和浮石的重量比为 0.1∶1；
b.钛纤维的准备：按重量百分含V为0.4％，Sm为0.003％，其余为Ti进行配料，
c.复合物预制体的准备：控制复合物预制体占金属模具空腔体积的45％。
d.锌合金的成分重量百分含量为Al为24％，Ti为0.08％，Ce为0.05％，Si为0.1％，其余为Zn；
制备过程同实施例一。
实施例三：
a.制备海泡石浮石氧化铁复合物：氯化铁、硫酸亚铁铵及海泡石浮石的重量比为1∶1∶1.5，浮石颗粒的尺寸为0.7mm，海泡石颗粒的尺寸为0.07mm，海泡石和浮石的重量比为0.05∶1；
b.钛纤维的准备：按重量百分含V为0.3％，Sm为0.04％，其余为Ti进行配料，
c.复合物预制体的准备：控制复合物预制体占金属模具空腔体积的55％。
d.锌合金的成分重量百分含量为Al为22％，Ti为0.05％，Ce为0.03％，Si为0.07％，其余为Zn；
制备过程同实施例一。
实施例四：(原料配比不在本发明配比范围内的实例)
a.制备海泡石浮石氧化铁复合物：氯化铁、硫酸亚铁铵及海泡石浮石的重量比为1∶1∶0.8，浮石颗粒的尺寸为0.4mm，海泡石颗粒的尺寸为0.04mm，海泡石和浮石的重量比为0.008∶1；
b.钛纤维的准备：按重量百分含V为0.1％，Sm为0.2％，其余为Ti进行配料，
c.复合物预制体的准备：控制复合物预制体占金属模具空腔体积的45％。
d.锌合金的成分重量百分含量为Al为18％，Ti为0.02％，Ce为0.005％，Si为0.04％，其余为Zn；
制备过程同实施例一。
实施例五：(原料配比不在本发明配比范围内的实例)
a.制备海泡石浮石氧化铁复合物：氯化铁、硫酸亚铁铵及海泡石浮石的重量比为1∶1∶2.1，浮石颗粒的尺寸为1.2mm，海泡石颗粒的尺寸为0.4mm，海泡石和浮石的重量比为0.02∶1；
b.钛纤维的准备：按重量百分含V为0.6％，Sm为0.001％，其余为Ti进行配料，
c.复合物预制体的准备：控制复合物预制体占金属模具空腔体积的55％。
d.锌合金的成分重量百分含量为Al为25％，Ti为0.09％，Ce为0.06％，Si为0.12％，其余为Zn；
制备过程同实施例一。
下表为不同成份与配比的合金性能对照表：
表1
本发明的锌合金基海泡石浮石氧化铁复合材料，浮石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。
锌合金基海泡石浮石氧化铁复合材料制备时，海泡石浮石数量过小，氯化铁、硫酸亚铁铵不易全部进入海泡石浮石间隙，复合材料总的氧化铁数量少，吸波强度弱；海泡石浮石数量过多，不易形成完善的复合材料，海泡石浮石间隙内容纳的氧化铁数量少，吸波强度也弱。
锌合金基海泡石浮石氧化铁复合材料制备时，海泡石数量过少或海泡石颗粒过小，隔不开海泡石浮石颗粒，不利于锌合金液体的浸渗，海泡石数量过多或海泡石颗粒过大， 会影响锌合金基海泡石浮石氧化铁复合材料的力学性能。
锌合金基体中的Al、Ti、Ce、Si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，锌合金难与海泡石浮石界面结合，钛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 (1)
1.一种锌合金基海泡石浮石氧化铁复合材料，该复合材料以锌合金为基体，在基体上分布着海泡石浮石氧化铁复合物和钛纤维，其中氧化铁为Fe3O4；复合物的颗粒为0.5-1mm；海泡石浮石氧化铁复合物和钛纤维二者占复合材料的体积比为45-55％；锌合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为20％～24％，Ti为0.03％～0.08％，Ce为0.01％～0.05％，Si为0.05％-0.1％，其余为Zn；
其制备过程包括以下步骤：
a.海泡石浮石氧化铁复合物的准备：先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，装入海泡石和浮石，浮石颗粒的尺寸为0.5-1mm，海泡石颗粒的尺寸为0.05-0.3mm，海泡石和浮石的重量比为(0.01-0.1)∶1，搅拌以上物质达4-7min，氯化铁、硫酸亚铁铵及海泡石浮石混合物的重量比为1∶1∶(1-2)，搅拌结束后将搅拌物置于220℃的烘箱中保温3h后自然冷却便得到海泡石浮石氧化铁复合物；
b.钛纤维的准备：按重量百分含V为0.2％-0.4％，Sm为0.003％-0.09％，其余为Ti进行配料，原料置于带有加热装置的升液管内熔化而形成铁合金液，熔化温度为1750-1790℃；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，形成钛纤维，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，水冷铜合金转轮凸缘将合金液拽出，形成合金材料纤维，转轮凸缘的线速度为19-21m/s，钛纤维的直径为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6∶1的钛纤维和海泡石浮石氧化铁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，钛纤维和海泡石浮石氧化铁复合物的重量百分数为3％，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，控制温度在430-460℃；
d.锌合金液的准备：将重量百分含量为Al为20％～24％，Ti为0.03％～0.08％，Ce为0.01％～0.05％，Si为0.05％-0.1％，其余为Zn的原料在680-720℃温度下熔化成合金液；
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