CN105420573A

CN105420573A - 高阻尼Mg-Sn-Ce合金及其制备工艺

Info

Publication number: CN105420573A
Application number: CN201511015387.9A
Authority: CN
Inventors: 王敬丰; 吴忠山; 汪海波; 潘复生
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2035-12-31
Also published as: CN105420573B

Abstract

本发明公开了一种含微量稀土的高阻尼Mg-Sn-Ce合金及其制备工艺，该镁合金主要由Mg、Sn、Ce三种元素组成，包括分布于合金中的以下合金化元素成分及其百分比重量含量值：Sn=0.5%～3.5%，Ce=0.40%～0.49%，余量为镁和不可避免的杂质。本发明通过合理的成分设计Sn、Ce含量，并采取适当的熔炼工艺，制备出规律性的平行第二相组织，其有利于合金的阻尼性能。生产工艺中通过控制合金成分和熔炼工艺，可控制合金中的第二相形貌分布，能有效提高合金的阻尼性能（SDC=41%），且密度低于2g/cm³。本发明工艺简单，可移植性强，且成本低，容易操作，可广泛应用于国防、民用行业，以达到轻量化和减振降噪的作用。

Description

高阻尼Mg-Sn-Ce合金及其制备工艺

技术领域

本发明涉及含微量稀土元素的多元镁合金及其制造方法，特别涉及一种高阻尼Mg-Sn-Ce合金及其制备工艺。

背景技术

镁及其合金作为目前阻尼性能最好的金属结构材料之一，还具有密度小、比强度和比刚度高、导热和导电性能好、抗动态冲击载荷能力强、电磁辐射屏蔽能力优、资源丰富等一系列优点，已受到人们越来越多的关注，并已在航空航天、轨道交通、3C产品等领域得到了一定程度的应用。而随着现代社会的迅猛发展，仪器设备日益精密化、复杂化以及工作环境的多样化，对降低能耗和减振降噪等提出了更为迫切的要求。当前，低固溶度的合金元素是镁合金兼顾阻尼和力学性能的有效添加元素，受到国内外学者的青睐。Ce元素在镁中的固溶度仅为0.74wt%，且其含量每增加1wt%合金屈服强度可增加148MPa，并拥有良好的塑性和可加工性，一直以来受到人们的广泛关注。然而，现有的Mg-Ce合金阻尼性能的研究却仍然有限。

此外，人们对低固溶度的合金元素在镁中阻尼性能的影响已有一定的研究，而高固溶度的Sn、Y等元素是镁的有效固溶强化元素，众多学者认为不利于阻尼性能。CN101440438B中公开了“加Ce细化Mg-Sn-Ca系镁合金中CaMgSn相的方法”,主要研究了抗拉和抗蠕变性能，而在对阻尼性能的影响研究方面却没有，且它们之间没有必然联系。而且，Sn元素溶解在镁基体中能增加晶格畸变，同时会大幅度减少Mg基体的层错能（纯镁基面层错能为45mJ/m²，Mg-Sn固溶体的基面层错能为4mJ/m²），这可能有利于合金的阻尼性能。因此，在Mg-Ce合金中添加一定量的Sn元素形成的Mg-Sn-Ce三元合金研究其阻尼性能非常有必要，在实际工业生产中有广阔的应用前景。

综上，目前需求一种能够提高含高固溶度的合金元素增强镁合金阻尼性能的设计方法，并有效控制合金第二相微观组织形貌制备出高阻尼镁合金以满足国防军工与民用行业等对减振降噪的迫切要求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明解决的技术问题是如何通过成分和工艺控制合金的第二相组织形貌分布，大幅度提高Mg-Sn-Ce合金的阻尼性能，以满足高速发展的现代社会对减振降噪的需求。

本发明采用的技术方案如下：一种高阻尼的Mg-Sn-Ce合金材料，其特征在于，包括合金中的元素成分百分比重量含量值：Sn=0.5%～3.5%，Ce=0.40%～0.49%，余量为镁和不可避免的杂质。

本发明高阻尼Mg-Sn-Ce合金的制备过程，包括如下步骤：

（1）按照上述Mg-Sn-Ce合金组分计算所需要原料的重量，原料采用工业纯镁（纯度99.99%）、高纯锡（纯度99.95%）、Mg-Ce中间合金（Mg-14.08wt%Ce）按比例进行配料。

（2）把三种原料加入电磁感应熔炼炉中熔炼，熔炼过程中采用氩气作为保护气体，升温至750～800℃保温并电磁感应搅拌使成分均匀且原料充分熔化，待原料全部熔化后降温至600～650℃静置保温20-25min，取出进行盐浴水冷获得Mg-Sn-Ce合金铸锭。

相比现有技术，本发明具有以下优点：

1、固溶度是影响镁合金阻尼性能的重要因素，通常众多学者采取在镁中添加固溶度较低的合金元素来研究合金的阻尼性能，而Mg-Sn-Ce合金中的Sn元素固溶度达14.85%，非常不利于合金的阻尼性能。本发明避开固溶度的影响，采取调控合金的显微组织形貌以实现提高合金阻尼性能的目的。

2、本发明的制备工艺中采用控制合金成分和熔炼工艺相结合，有效控制合金中第二相组织形貌分布，能大幅改善合金的阻尼性能。通过适当的制备工艺使合金中的第二相组织呈现出规律性的平行分布，有利于位错运动从而有效提高合金的阻尼性能。

3、本发明采用电磁感应熔炼一次成功，工艺简单，试验参数控制方便，可移植性强，且含微量稀土元素成本低，可广泛应用于国防、民用行业，达到轻量化和减振降噪的作用。

附图说明：

图1为常规铸造态镁合金的微观组织图。

图2为实施例1得到高阻尼镁合金的显微组织图。

图3为实施例2得到高阻尼镁合金的显微组织图。

图4为镁合金的阻尼性能结果曲线。

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

高阻尼Mg-Sn-Ce合金，其各组分重量百分比Sn为1.15%，Ce为0.45%，杂质元素含量小于0.1%，其余为Mg。原材料工业纯镁纯度大于99.9%，高纯锡纯度大于99.95%，Mg-Ce中间合金（Mg-14.08wt%Ce），按照以上比例进行配料。把三种原料加入电磁感应熔炼炉中熔炼，熔炼过程中采用氩气作为保护气体，升温至770℃保温并电磁感应搅拌使成分均匀且原料充分熔化，待原料全部熔化后降温至620℃静置保温22min，取出进行盐浴水冷获得Mg-Sn-Ce合金铸锭。

得到高阻尼镁合金的微观组织照片如图2所示。

实施例2：

高阻尼Mg-Sn-Ce合金，其各组分重量百分比Sn为3.14%，Ce为0.48%，杂质元素含量小于0.1%，其余为Mg。原材料工业纯镁纯度大于99.9%，高纯锡纯度大于99.95%，Mg-Ce中间合金（Mg-14.08wt%Ce），按照以上比例进行配料。把三种原料加入电磁感应熔炼炉中熔炼，熔炼过程中采用氩气作为保护气体，升温至770℃保温并电磁感应搅拌使成分均匀且原料充分熔化，待原料全部熔化后降温至620℃静置保温22min，取出进行盐浴水冷获得Mg-Sn-Ce合金铸锭。

得到高阻尼镁合金的显微组织照片如图3所示。

图4为镁合金的阻尼性能测试结果曲线。

表1为实施例1-2所述高阻尼Mg-Sn-Ce合金的形貌特征及阻尼性能

根据表1和图4可知，该设计合金在特定的成分和制备工艺下，形成了特殊的组织形貌，大幅的提高了合金的阻尼性能。实施例1、2与常规铸态镁合金相比，主要是第二相组织呈现出规律性的平行分布，使合金的阻尼值在应变振幅为1×10^-3时高达0.065（比阻尼系数SDC=41%），拥有广阔的应用前景。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围的，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.高阻尼Mg-Sn-Ce合金，其特征在于，该镁合金由Mg、Sn、Ce三种元素组成，其各组成重量百分比含量值为：Sn=0.5%～3.5%，Ce=0.40%～0.49%，余量为镁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高阻尼Mg-Sn-Ce合金，其特征在于，各组分重量百分比Sn为1.15%，Ce为0.45%，余量为镁和不可避免的杂质；其形貌特征为：主要由镁和第二相组成，第二相组织呈现规律性的平行分布。

3.根据权利要求1所述的高阻尼Mg-Sn-Ce合金，其特征在于，各组分重量百分比Sn为3.14%，Ce为0.48%，余量为镁和不可避免的杂质；其形貌特征为：主要由镁和第二相组成，第二相组织呈现规律性的平行分布。

4.高阻尼Mg-Sn-Ce合金的制备方法，包括如下步骤：

（1）按照权利要求1、2或3所述配比配料，原料采用工业纯镁（纯度99.99%）、高纯锡（纯度99.95%）、Mg-Ce中间合金（Mg-14.08wt%Ce）按比例进行配料；

（2）将三种原料加入电磁感应熔炼炉中熔炼，熔炼过程中采用氩气作为保护气体，升温至750～800℃保温并电磁感应搅拌使成分均匀且原料充分熔化，待原料全部熔化后降温至600～650℃静置保温20-25min，取出进行盐浴水冷获得Mg-Sn-Ce合金铸锭。