CN103981405B - 一种低密度高阻尼铝基减振合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低密度高阻尼铝基减振合金及其制备方法。合金组成为：Al:70-80%；Mg: 5-10%；Zn:5-10%；Si:3-5%和Cu:1-6%。制备方法包括如下步骤：将各原料放入真空感应炉内感应熔化,温度加热到700-900℃形成合金熔体并保温10分钟实现成份均匀化；采用挤压铸造工艺,在700-800℃引入模腔并在10秒内开始施加压力~80-100MPa，等到完全凝固后,开模取出铸件；再对材料进行热处理，热处理的方法是在380-450℃保温4个小时并水淬到室温；最后在120-220℃下保温20个小时并水冷到室温。本发明以铝合金为基础,采用多元合金技术,通过控制镁和锌的比例，开发、低密度高阻尼铝基阻尼合金材料。合金的阻尼性能(SDC)能达到15%左右, 密度维持在2.7g/cm3左右，达到武器和交通领域对合金材料轻量化的要求。

Description

一种低密度高阻尼铝基减振合金及其制备方法
技术领域
    本发明涉及一种合金材料，具体地说，涉及一种低密度高阻尼铝基减振合金。
背景技术
工业的飞速发展对现代机械提出了更高的性能, 效率和精度的要求。在国际范围内, 机械的高速化和大功率化伴随而来的振动和噪音对环境的污染日益严重, 同时严重地影响着电子器件和仪器仪表的质量, 精度和寿命。高阻尼合金是一种能有效地将机械振动能量转换成热能而达到减振降噪目标的新型金属功能材料。高阻尼合金既有金属材料的强度, 也有非金属材料的高阻尼特性。采用高阻尼合金制造的减振结构件可以有效地减轻振动的产生和传播。
高阻尼铝合金由于具有比重小和强度高的特点, 在轻量化和有高减震性能要求的场合是理想的结构材料。现有的高阻尼铝合金主要包括Al-Zn体系和Al-Mg体系。对于Al-Zn体系来说, 合金的阻尼系数随着Zn含量的增加而有显著的提高, 但是同时伴随着密度的增大(3.4~6.8 g/cm3)。对于Al-Mg合金来说, 在较低密度下(~2.6 g/cm3)合金的阻尼系数可以维持在较高的数值, 但是材料的铸造性能不足, 机械强度低, 耐蚀性差, 作为高阻尼材料应用范围受到很大的限制。鉴于高阻尼铝基合金在精密仪器, 现代机械, 航空航天, 国防军事, 汽车交通等领域的重要作用, 大力研制新型低密度高阻尼铝基合金材料具有极其重大的工程意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有低密度高阻尼的铝基减振合金。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铝基减振合金，由如下重量百分数的组分组成：
Al: 70-80%；Mg: 5-10%；Zn: 5-10%；Si: 3-5% 和 Cu: 1-6%。
上述铝基减振合金的制备方法，包括如下步骤：将各原料放入真空感应炉内，抽真空后采用氩气保护的方式将材料进行感应熔化, 温度加热到700-900℃形成合金熔体并保温10分钟实现成份均匀化；采用挤压铸造工艺, 在700-800℃引入模腔并在10秒内开始施加压力~80-100MPa，等到完全凝固后, 开模取出铸件；再对材料进行热处理，热处理的方法是在380-450℃保温4个小时并水淬到室温；最后在120-220℃下保温20个小时并水冷到室温。
现有的高阻尼铝合金主要包括Al-Zn体系和Al-Mg体系。对于Al-Zn体系来说, 合金的阻尼系数随着Zn含量的增加而有显著的提高, 但是同时伴随着密度的增大(3.4~6.8 g/cm3)。对于Al-Mg合金来说, 在较低密度下(~2.6 g/cm3)合金的阻尼系数可以维持在较高的数值, 但是材料的铸造性能不足, 机械强度低, 耐蚀性差, 作为高阻尼材料应用范围受到很大的限制。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明以铝合金为基础, 采用多元合金设计技术,通过控制镁和锌的比例，设计开发新的低密度高阻尼铝基阻尼合金材料。通过采用镁, 锌, 铜和硅来进行合金化, 并通过适当的热处理来优化合金的阻尼性能。经过铸造和热处理后, 合金的阻尼性能(SDC)能达到15%左右, 密度维持在2.7g/cm3左右，达到武器和交通领域对合金材料轻量化的要求。本专利设计的产品制备方法简单, 易于实施和生产。
（2）本发明通过添加铜和硅来改变析出相的种类和含量, 从而提高材料的强韧性和耐腐蚀性, 使得高阻尼合金材料具有良好的加工性能。通过优化的热处理技术来进一步细化合金组织和改善材料的强韧性。
（3）本发明的配方和工艺可以显著地提高合金的阻尼性能(SDC: ~15%)和强度(抗拉强度~250MPa, 伸长率~8%), 并具有冶炼加工方法简单和热处理成本低的特点。产品适用领域广, 可以广泛用于轻量化要求的减振环境。解决了目前现有的铝基减振合金强度低, 抗蚀性差的缺点。
具体实施方式
实施例1:
一种密度为2.7 g/cm3左右的铝基高阻尼合金材料。该材料的熔炼和铸造方法为: 将分别占有原料总重量为Al:80 wt%, Mg: 9wt%, Zn: 7 wt%, Si:3wt%, Cu: 1 wt%的原料放入真空感应炉内。抽真空后采用氩气保护的方式将材料进行感应熔化, 温度加热到800℃左右形成合金熔体并保温10分钟实现成份均匀化。采用挤压铸造工艺, 在720℃引入模腔并在10秒内开始施加压力(90MPa)。等到完全凝固后, 开模取出铸件。材料的热处理工艺为: 在400℃保温4个小时并水淬到室温。随后在160℃下保温20个小时并水冷到室温。所得材料的阻尼性能(SDC: ~15%)和强度(抗拉强度~250MPa, 伸长率~8%)。
实施例2:
一种密度为2.7g/cm3左右的铝基高阻尼合金材料。该材料的熔炼和铸造方法为: 将分别占有原料总重量为Al:75 wt%, Mg: 8wt%, Zn: 8wt%, Si: 4 wt%, Cu: 5 wt%的原料放入真空感应炉内。抽真空后采用氩气保护的方式将材料进行感应熔化, 温度加热到850℃左右形成合金熔体并保温10分钟实现成份均匀化。采用挤压铸造工艺, 在740℃引入模腔并在10秒内开始施加压力(80MPa)。等到完全凝固后, 开模取出铸件。材料的热处理工艺为: 在420℃保温4个小时并水淬到室温。随后在180℃下保温20个小时并水冷到室温。所得材料的阻尼性能(SDC: ~14%)和强度(抗拉强度~240MPa, 伸长率~7%)。

Claims (2)

1.一种铝基减振合金，其特征在于由如下重量百分数的组分组成：
Al: 70-80%；Mg: 8-10%；Zn: 5-7%；Si: 3-5% 和 Cu: 1-6%。
2.权利要求1所述铝基减振合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将各原料放入真空感应炉内，抽真空后采用氩气保护的方式将材料进行感应熔化, 温度加热到700-900℃形成合金熔体并保温10分钟实现成份均匀化；采用挤压铸造工艺, 在700-750℃引入模腔并在10秒内开始施加压力~80-100MPa，等到完全凝固后, 开模取出铸件；再对材料进行热处理，热处理的方法是在380-450℃保温4个小时并水淬到室温；最后在120-220℃下保温20个小时并水冷到室温。
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