CN106702231B - 一种具有高导热性能的铝基高阻尼合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高导热性能的铝基高阻尼合金及其制备方法。按重量百分比计，合金的化学组分为：Si:2‑8%,Cu:1‑2%,Zn:10‑40%,Sn:1‑6%,In:1‑2%,Co:0.5‑1%,Hf:0.2‑0.8%,B:0.1‑0.3%，余量为Al。本发明提供的具有高热导率的铸造铝基高阻尼合金材料，该材料具有传统铝基高阻尼合金的力学性能和阻尼性能：抗拉强度为320‑360MPa，弹性模量为78‑89GPa，屈服强度为170‑210MPa，延伸率为0.2‑5%，SDC=4‑20%。并具有传统铝基阻尼合金不具备的高导热性能，在保证现有铸造用铝基高阻尼合金阻尼性能和力学性能的基础上，将合金的热导率从65‑98W/m.K左右提高到了190‑210W/m.K，可以大规模应用于温度较高并且需要减振的场合。

Description

一种具有高导热性能的铝基高阻尼合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铝基高阻尼合金。
背景技术
现代工业的发展日新月异，各类机械的数量和种类都朝着大功率和高速方向发展。但是机械在运行过程中产生的振动和噪音问题越来越突出，并引起了机械，交通，能源，通讯，电力等行业的广泛关注。振动和噪音不仅可以降低设备的使用寿命，还会对生态环境进行噪声污染，严重损害人民的身心健康。在交通，能源，通讯和电力等领域，控制振动和减少噪音已经成为亟待解决的工程问题。机械噪音的治理不仅是劳动保护和环境保护工作中的紧迫任务，也是提高机械产品质量的重要解决方案。减振降噪的最新发展趋势在源头处入手，将产生振动和噪音的部件用能够吸收振动并将振动的能量转换为热能的材料制成，就可以将机械振动控制在刚产生之后，达到减振降噪效果。传统的隔声和吸声等解决方案，增加装备的空间和重量。国际上近年来兴起的高阻尼减振合金除了具备足够的强度作为力学构件外，还可以通过其内在的高衰减特性进行有效的降噪和减振。因而在急需高减振和降噪的环境下应用越来越广泛，并成为国际上发达国家争相研究的目标。
常见的高阻尼合金按照分类有：(1)铁基的高阻尼合金，代表类型为Fe-Cr-Al体系，Fe-Mn体系以及Fe-Si-Al体系等；（2）铝基高阻尼合金，代表类型为Al-Zn体系，Al-Mg体系和Al-Si体系等；（3）锰基高阻尼合金，代表体系为Mn-Cu,Mn-Fe和Mn-Ni等体系。铝基减振合金和其它种类的减振合金相比，具有如下的特点：（1）良好的综合机械性能，生产工艺简便价格低廉，阻尼性能优良，可以根据机电产品的工况，从振源入手达到减振的效果。(2)阻尼性能对环境条件具有良好的依存性。应力应变振幅对阻尼性能影响不大，在微小的振动下就能表现出高的减振效果。在精密机械，仪器仪表等中的应用具有很重要的意义。（3）密度低(2.6-5.5g/cm3),为非磁性材料，在锰基和铁基减振合金无法应用的电子仪器等方面具有优越性。铝基高阻尼合金由于具有以上特性，在汽车，摩托车，音响器材，仪器仪表，电子仪器，电机，风机，办公机具，家电，精密仪器等工业领域均可达到减震降噪的功效。
一些具有减振需求的高温工作环境，比如发动机的支架和基座，对铝基高阻尼合金选择有着更为苛刻的要求。首先是强度要求，现有的铝基高阻尼合金在发动机支架能承受的温度范围内完全能满足对力学性能的要求，能够经受大量级的振动和冲击载荷作用，产生的减振降噪效果非常明显。其次，作为发动机支架和基座需要有很高的热传导能力将热量有效地传递出去，以满足高功率发动机工作设计要求。将具有最高减振性能铝基合金用于较高温度条件下的减振，是当前阻尼合金设计领域的一个热点。除了合金化的方案来提高合金的耐热度外，增加合金的传热系数也是一种有效的解决方案。令人遗憾的是，目前为止，国际上现有的高阻尼合金，不管是Al-Zn, Al-Si, Al-Fe, Al-Mg还是Al-Ge合金体系，其热导率都维持在65-98W/m.K范围内。因而当该类合金应用于温度较高场合时，例如发动机的支架和基座等，便不具备高导热特性。从而大大降低了发动机等发热体的工作效率。
考虑到铝基减振合金的优异阻尼性能以及在更高温度下使用的行业需求，开发具有更高热导率并维持现有阻尼性能的铝基合金是当前减震降噪行业亟待解决的工程问题。可以预计，由于更加优化的传热性能，铝基减振合金必将得到更为广泛应用，起到了减振降噪的作用。在不久的将来，随着减震降噪领域更多工程应用拓展，具有高导热特性的铝基高阻尼合金必将在更多的结构设计中得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有高导热性能的铝基高阻尼合金及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铝基高阻尼合金，按重量百分比计，合金的化学组分为：Si: 2-8%,Cu: 1-2%,Zn: 10-40%,Sn: 1-6%,In: 1-2%,Co: 0.5-1%,Hf: 0.2-0.8%,B: 0.1-0.3%，余量为Al。
上述铝基高阻尼合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到感应电炉内，并采用石墨坩埚；感应加热到800-850℃，形成合金溶液，并利用电磁效应充分搅拌10分钟；将合金液体在800-850℃保温10分钟浇铸到水冷模具内进行铸造成型，等完全凝固后取出铸件。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明提供的具有高热导率的铸造铝基高阻尼合金材料，该材料具有传统铝基高阻尼合金的力学性能和阻尼性能：抗拉强度为320-360MPa，弹性模量为78-89GPa，屈服强度为170-210MPa，延伸率为0.2-5%，SDC=4-20%。并具有传统铝基阻尼合金不具备的高导热性能，在保证现有铸造用铝基高阻尼合金阻尼性能和力学性能的基础上，将合金的热导率从65-98W/m.K左右提高到了190-210W/m.K，可以大规模应用于温度较高并且需要减振的场合。
（2）该铸造合金冶炼加工方法简单，生产成本比较低。在保证阻尼性能的同时，也使得合金的耐高温性能有了进一步提高，便于工业化大规模应用。
（3）本发明可用于制造在使用温度为150℃以下，应变振幅低于2000微米的结构件，并具有极其显著的减振和散热效果。
具体实施方式
实施例1
一种具有高导热率的铝基高阻尼合金，按重量百分比计，合金的化学成分为：Si:2.5%,Cu: 1.4%,Zn: 15%,Sn: 1.2%,In: 1.1%,Co: 0.6%,Hf: 0.3%,B: 0.1%，余量为Al。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到感应电炉内并采用石墨坩埚，感应加热到820℃，形成合金溶液，并利用电磁搅拌充分搅拌10分钟随后并保温10分钟。将合金液体在820℃浇铸到水冷模具内成铸件，等完全凝固后取出铸件。随后热处理工艺为：固溶处理540℃5小时后水冷；时效处理150℃4小时。所得合金的力学性能，阻尼性能和传热性能为：抗拉强度为325MPa，弹性模量为79GPa，屈服强度为175MPa，延伸率为2.0%，SDC=6%，热导率为195W/m.K。
实施例2
一种具有高导热率的铝基高阻尼合金，按重量百分比计，合金的化学成分为：Si:3.8%,Cu: 1.7%,Zn: 26%,Sn: 2.1%,In: 1.6%,Co: 0.8%,Hf: 0.3%,B: 0.2%，余量为Al。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到感应电炉内并采用石墨坩埚，感应加热到820℃，形成合金溶液，并利用电磁搅拌充分搅拌10分钟随后并保温10分钟。将合金液体在820℃浇铸到水冷模具内成铸件，等完全凝固后取出铸件。随后热处理工艺为：固溶处理540℃5小时后水冷；时效处理150℃4小时。所得合金的力学性能，阻尼性能和传热性能为：抗拉强度为346MPa，弹性模量为81GPa，屈服强度为195MPa，延伸率为3.0%，SDC=12%，热导率为203W/m.K。
实施例3
一种具有高导热率的铝基高阻尼合金，按重量百分比计，合金的化学成分为：Si:6.3%,Cu: 1.7%,Zn: 32%,Sn: 4.2%,In: 1.9%,Co: 0.4%,Hf: 0.3%,B: 0.2%，余量为Al。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到感应电炉内并采用石墨坩埚，感应加热到820℃，形成合金溶液，并利用电磁搅拌充分搅拌10分钟随后并保温10分钟。将合金液体在820℃浇铸到水冷模具内成铸件，等完全凝固后取出铸件。随后热处理工艺为：固溶处理540℃5小时后水冷；时效处理150℃4小时。抗拉强度为352MPa，弹性模量为84GPa，屈服强度为194MPa，延伸率为3.0%，SDC=17%，热导率为198W/m.K。

Claims (2)

1.一种铝基高阻尼合金，按重量百分比计，合金的化学组分为：Si: 2-8%,Cu: 1-2%,Zn: 10-40%,Sn: 1-6%,In: 1-2%,Co: 0.5-1%,Hf: 0.2-0.8%,B: 0.1-0.3%，余量为Al。
2.权利要求1所述铝基高阻尼合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将如上配比的原料加入到感应电炉内，并采用石墨坩埚；感应加热到800-850℃，形成合金溶液，并利用电磁效应充分搅拌10分钟；将合金液体在800-850℃保温10分钟浇铸到水冷模具内进行铸造成型，等完全凝固后取出铸件。
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