CN102162052A - 一种高阻尼金属多孔材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高阻尼金属多孔材料及其制备方法，该材料各组份重量百分比为：Al粉40％～90％，其余为Mg粉。制备方法步骤：(1)粉体预处理：Al粉在150～200℃×1～2h烘干；Mg粉在100～120℃×1～2h烘干；(2)混合配料：将烘干的Al粉、Mg粉在混料机中搅拌混合40～60min；(3)压制成型：混合后的料在成型压机中以300～400Mpa压力下压制成型；(4)烧结：在原位烧结设备中烧结温度450～500℃，保温10～15min；(5)热变形时效处理：加热温度430～460℃，保温5～10min，然后挤压变形，变形量10～90％。本发明制备的材料是一种低密度、高强度、高阻尼性能的多孔材料，制备方法工艺简单、操作方便、生产效率高。

Description

一种高阻尼金属多孔材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属多孔材料及其制备方法，尤其涉及Al-Mg高阻尼金属多孔材料及其制备方法。

背景技术

阻尼是指材料在振动中由于内部原因引起机械振动能量消耗的现象，阻尼性能又称为减振性能，是材料的一种功能特性，常用内耗值Q^-1来表征。材料的阻尼性能具有减少振动、降低噪音和提高疲劳性能的作用。航空、航天、原子能、石化、冶金、机械、医药、环保等行业对高阻尼材料具有广泛需求。

高阻尼金属材料的制备方法主要有搅拌铸造法、喷射共沉积法和快速凝固/粉末冶金法等，但制备的材料往往存在密度大、比强度低和耐热性差等缺点，难以满足行业对高阻尼金属材料的需求。

金属多孔材料具有阻尼特性，并兼有密度小、可焊接、抗老化、耐高温、耐腐蚀等综合性能，具有广阔的应用前景，已成为一种兼具功能和结构双重属性的性能优异的新型高阻尼金属材料。

目前制备新型金属多孔材料的制备方法主要有：(1)、液相法(颗粒渗流法、精密铸造法、熔融金属发泡法、空心球铸造法)；(2)、粉末冶金法(粉末烧结发泡法、烧结-脱溶法、松散粉末烧结法、中空球烧结法)；(3)、沉积法(金属气相蒸发沉积法、原子溅射沉积法、电化学沉积法)等。但上述方法中一般均添加发泡剂、挥发物等添加物，这些添加物会在材料中残留形成微观不均匀夹杂物对金属多孔材料的性能带来不利的影响；同时孔结构的不均匀性、孔壁的结构也是影响金属多孔材料阻尼性能的主要因素。

如目前广泛使用的泡沫铝金属多孔材料，孔隙率达50％以上时其内耗值Q^-1在4.6～6.2×10^-3之间，但其抗弯强度不超过20Mpa。

本发明采用的利用反应自熔和热变形原理制备Al-Mg高阻尼金属多孔材料的方法，未见相关文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种高阻尼金属多孔材料及其制备方法，采用低温反应自熔原理和热变形时效处理，以获得一种低密度、高强度、高阻尼性能的具有孔缘强化效应的金属多孔材料。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高阻尼金属多孔材料，其特征在于该材料各组份重量百分比为：

Al粉40％～90％，其余为Mg粉。

所述的高阻尼金属多孔材料的制备方法包括下列步骤：

(1)粉体预处理：Al粉在150～200℃×1～2h条件下烘干；Mg粉在100～120℃×1～2h条件下烘干；

(2)混合配料：将烘干的Al粉、Mg粉按重量百分比称取倒入混料机中进行搅拌混合40～60min；

(3)压制成型：将Al粉、Mg粉的混合料在成型压机中以300～400Mpa的压力下压制成型；

(4)烧结：在原位烧结设备中烧结，烧结温度450～500℃，保温10～15min；

(5)热变形时效处理：加热温度430～460℃，保温时间5～10min，然后进行挤压变形，变形量10～90％。

与现有技术相比，本发明的高阻尼金属多孔材料有如下特点：(1)、原料中不含有添加剂或发泡剂，制备的材料不生成影响性能的脆性相夹杂；(2)、烧结过程中发生自熔反应复合，合金液相自熔发生相分离，顺序凝固收缩形成表面圆整、内部真空的孔洞，孔壁边缘生成增强相；(3)、通过热变形时效处理，孔缘增强相发生变形，大幅度提高材料的力学性能；(4)、形成的闭孔不含气体且有孔缘强化相的生成，提高了材料的阻尼性能。因此制备的材料是一种低密度、高强度、高阻尼性能的多孔材料；本发明的制备方法还具有工艺简单、操作方便、生产效率高等优点。

附图说明

图1是用本发明制备的具有孔缘强化相的多孔材料的微观组织(未经热变形时效处理)。

图2是用本发明制备的热变形时效处理强化后的多孔材料的微观组织。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

一种高阻尼金属多孔材料及其制备方法，本发明的材料采用Al粉和Mg粉的组合，其配比按重量百分比为：Al粉40％～90％，其余为Mg粉。在原料中不加添加剂或发泡剂。

本发明的制备方法采用的是低温反应自熔原理和热变形时效处理，制备步骤包括料体预处理；混合配料；压制成型；烧结；热变形时效处理等。其中烧结设备称原位烧结设备，是本申请人按PSP等离子烧结设备自行设计改装而成。工序(4)的烧结和工序(5)的热变形时效处理可在上述同一设备中连续进行；或者工序(5)的热变形时效处理也可以在其它设备中完成。

图1是烧结工序后具有孔缘强化相的多孔材料的微观组织，此时未经热变形时效处理。图2是经热变形时效强化处理后多孔材料的微观组织，可大幅度提高材料的力学性能。

实施例一：Al-Mg多孔材料，成分为75Al-25Mg。具体操作步骤为：将Al粉在150℃×2h条件下烘干，Mg粉在110℃×1h条件下烘干；称取Al粉75g，Mg粉25g，在混料机中混合60分钟、冷压(400Mpa)制成Φ30mm棒坯；在原位烧结设备中烧结，500℃保温15分钟；对烧结制品在460℃条件下保温时间10min后进行挤压变形，变形量25％。制得的多孔材料孔隙率12.5％，抗弯强度180Mpa，内耗值Q^-1为9.2×10^-3。

实施例二：Al-Mg多孔材料，成分为60Al-40Mg。具体操作步骤为：将Al粉在200℃×1h条件下烘干，Mg粉在100℃×2h条件下烘干；称取Al粉60g，Mg粉40g，在混料机中混合40分钟、冷压(300Mpa)制成Φ30mm棒坯；在原位烧结设备中烧结，460℃保温10分钟；对烧结制品在450℃条件下保温时间8min后进行挤压变形，变形量40％。制得的多孔材料孔隙率19％，抗弯强度200Mpa，内耗值Q^-1为2.13×10^-2。

实施例三：Al-Mg多孔材料，成分为40Al-60Mg。具体操作步骤为：将Al粉在175℃×2h条件下烘干，Mg粉在120℃×1h条件下烘干；称取Al粉40g，Mg粉60g，在混料机中混合50分钟、冷压(350Mpa)制成Φ30mm棒坯；在原位烧结设备中烧结，460℃保温12分钟；对烧结制品在430℃条件下保温时间5min后进行挤压变形，变形量70％。制得的多孔材料孔隙率24％，抗弯强度190Mpa，内耗值Q^-1为3.56×10^-2。

Claims (2)

1.一种高阻尼金属多孔材料，其特征在于该材料各组份重量百分比为：

Al粉40％～90％，其余为Mg粉。

2.一种如权利要求1所述的高阻尼金属多孔材料的制备方法，其特征在于该制备方法包括下列步骤：

(1)粉体预处理：Al粉在150～200℃×1～2h条件下烘干；Mg粉在100～120℃×1～2h条件下烘干；

(2)混合配料：将烘干的Al粉、Mg粉按重量百分比称取倒入混料机中进行搅拌混合40～60min；

(3)压制成型：将Al粉、Mg粉的混合料在成型压机中以300～400Mpa的压力下压制成型；

(4)烧结：在原位烧结设备中烧结，烧结温度450～500℃，保温10～15min；

(5)热变形时效处理：加热温度430～460℃，保温时间5～10min，然后进行挤压变形，变形量10～90％。

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