CN106929723B - 一种高阻尼性能镁基合金机械材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属合金材料技术领域，具体涉及一种高阻尼性能镁基合金机械材料及其制备方法。该镁基合金机械材料的化学成分的重量百分含量：Ni为0.05～5％，Si为0.01～0.25％，泡沫Cu为0.1～5％，余量为Mg。制备方法包括将原料预热、熔融、浇注成型等步骤即可。本发明的优点是，一方面，通过在镁基体中复合添加镍、硅和泡沫铜，充分发挥了镍、硅和泡沫铜在提高镁基材料阻尼性能方面的积极作用，显著提高了镁基机械材料的阻尼性能，获得了一种极具应用价值的高阻尼性能镁基机械材料；另一方面，本发明提供的镁合金制备工艺简单，应用前景广。

Description

一种高阻尼性能镁基合金机械材料及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及金属合金材料技术领域，具体涉及一种高阻尼性能镁基合金机械材料及其制备方法。

【背景技术】

镁基材料是以镁为基加入其他合金元素或者增强相制备而成。密度小(约为1.74g/cm3)、比强度高、比弹性模量大、散热好、减震降噪性较好等优点，使得镁基材料在航空航天、国防军工、轨道交通、机械化工、电力电子等各个行业极具应用前景。随着市场对镁基材料需求量的增加和性能要求的提高，现有的镁基材料往往难以满足市场需求，尤其是高阻尼性能镁基合金机械材料更是市场迫切需要的，如何获得高阻尼性能的镁基合金机械材料，也是镁合金领域亟待解决的重要技术课题。

为了有效提高镁基材料的阻尼性能，专利(公开号CN102051535A)公开了一种阻尼耐磨镁合金材料及其制备方法，该材料以镁合金为基体，在基体中分布着钢丝团和碳纤维，但是该镁合金材料在制备时容易出现钢丝团和碳纤维的不均匀分布，从而明显削弱钢丝团和碳纤维对镁合金材料阻尼性能的改善效果。专利(公开号CN104264021B)公开了一种含准晶增强相的高阻尼镁合金及其制备方法，所述的合金是以重量分数为0.90％的锌，钇重量分数为0.15％，锆重量分数为0.6％的镁锌钇锆四元镁合金，通过控制合金中锌和钇的原子含量，形成的二十面体准晶相具有特殊的晶体结构；但是所述准晶相的制备控制都较为复杂与严格，在大规模工业化生产中可能难以充分发挥准晶相在提高镁合金阻尼性能方面的有益作用。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，一种高阻尼性能镁基合金机械材料及其制备方法，解决现有技术中存在的镁基材料阻尼性能不理想、制备控制复杂且严格等问题，在镁基体中复合添加镍、硅和泡沫铜，显著改善镁基合金机械材料的阻尼性能，开发出极具实用价值的高阻尼性能镁基合金机械材料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高阻尼性能镁铝合金复合机械材料，该镁基合金机械材料的化学成分的重量百分含量：Ni为0.05～5％，Si为0.01～0.25％，泡沫Cu为0.1～5％，余量为Mg。

在本发明中，优选地，所述Ni的重量百分含量为0.2～2％。

在本发明中，优选地，所述Si的重量百分含量为0.05～0.15％。

在本发明中，优选地，所述泡沫Cu的重量百分含量为0.5～3.5％。

如上所述的一种高阻尼性能镁基合金机械材料，其制备方法具体步骤如下：

步骤一，按照重量百分含量计，称取金属纯镁、纯镍、纯硅和泡沫铜，备用；

步骤二，将步骤一称取的原材料分别置于120±10℃条件下干燥预热2h，以避免水分带入，备用；

步骤三，将步骤二预干燥预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在二氧化碳和四氟化硫混合气体的保护下加热至710±10℃，待纯镁完全熔化后添加步骤二预热好的纯镍和纯硅，待纯镍和纯硅全部熔化后添加步骤二预热好的泡沫Cu，然后搅拌15±10min，以便使泡沫Cu能够均匀地分散在镁合金熔体中，获得成分和组织更加均匀的高阻尼性能镁基合金机械材料。

步骤四，除去表面浮渣，然后静置15±10min，再将熔体浇注至预热温度为350±10℃的金属型模具中，喷射冷却剂进行冷却后去除冷却剂，即可得到本发明一种高阻尼性能镁基合金机械材料。

在本发明中，进一步的说明，在步骤二中，所述的干燥预热的具体方式是：将原料加入干燥机中，所述干燥机的腔室中设置有一可开合的隔板，在干燥预热前先将隔板关闭，然后将原料加入，接着关闭干燥机的送料口，再将热空气从干燥机的底部高压喷出，接着将隔板打开，原料掉落热空气将原料在干燥机的腔室中形成漩涡进行干燥预热。

在本发明中，进一步的说明，在步骤三中，所述二氧化碳和四氟化硫混合保护气体的体积含量比为85-99：1，避免采用成本更高、工艺更为复杂的真空熔炼。

在本发明中，进一步的说明，在步骤四中，所述熔体浇注为底注法。

在本发明中，进一步的说明，在步骤四中，所述的冷却剂是由以下方法得到：将赤泥遴选之后，加入炼钢钢渣、水玻璃、膨润土在混料机内混合30-40分钟，进行造粒成型得到粒径大小为3-10mm的颗粒，接着送至干燥窑干燥，干燥温度为280-300℃，控制水分在3％，即可得到冷却剂；所述赤泥、炼钢钢渣、水玻璃、膨润土的重量比为12:12:2:1。相比现有技术，本申请的冷却剂的颗粒具有优异的强度，下落之后不易破碎，从而具有更好的冷却效果，提高冷却的速度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

一方面，通过在镁基体中复合添加镍、硅和泡沫铜，充分发挥了镍、硅和泡沫铜在提高镁基材料阻尼性能方面的积极作用，显著提高了镁基合金机械材料的阻尼性能，获得了一种极具应用价值的高阻尼性能镁基合金机械材料；另一方面，本发明提供的镁合金制备工艺简单，应用前景广。

【具体实施方式】

阻尼性能测试：采用葛式低频扭摆仪进行测试，试样尺寸为150mm×1mm×1mm，加热炉升温速率为1.5℃/min，测试温度分别为25℃、300℃、测试频率为0.8Hz，在升温过程中测试试样的阻尼性能，每次测量时间小于30s。

实施例1：

1、一种高阻尼性能镁基合金机械材料，该镁基合金机械材料的化学成分的重量百分含量：Ni为0.05％，Si为0.01％，泡沫Cu为0.1％，余量为Mg。

2、冷却剂是由以下方法得到：将赤泥遴选之后，加入炼钢钢渣、水玻璃、膨润土在混料机内混合30分钟，进行造粒成型得到粒径大小为3mm的颗粒，接着送至干燥窑干燥，干燥温度为280℃，控制水分在3％，即可得到冷却剂；所述赤泥、炼钢钢渣、水玻璃、膨润土的重量比为12:12:2:1。

3、将上述比例原料与制备得到的冷却剂用于制备一种高阻尼性能镁基合金机械材料中，具体步骤如下：

步骤一，按照重量百分含量计，称取金属纯镁、纯镍、纯硅和泡沫铜，备用；

步骤二，将步骤一称取的原材料分别加入干燥机中，所述干燥机的腔室中设置有一可开合的隔板，在干燥预热前先将隔板关闭，然后将原料加入，接着关闭干燥机的送料口，再将热空气从干燥机的底部高压喷出，接着将隔板打开，原料掉落热空气将原料在干燥机的腔室中形成漩涡进行干燥预热，保持热空气的温度为120℃条件下，干燥预热2h，备用；

步骤三，将步骤二预干燥预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在二氧化碳和四氟化硫按照体积含量比为99：1的混合气体的保护下加热至710℃，待纯镁完全熔化后添加步骤二预热好的纯镍和纯硅，待纯镍和纯硅全部熔化后添加步骤二预热好的泡沫Cu，然后搅拌15min；

步骤四，除去表面浮渣，然后静置15min，再将熔体使用底注法浇注至预热温度为350℃的金属型模具中，喷射冷却剂进行冷却后去除冷却剂，即可得到本发明一种高阻尼性能镁基合金机械材料。

实施例2：

1、一种高阻尼性能镁基合金机械材料，该镁基合金机械材料的化学成分的重量百分含量：Ni为5％，Si为0.25％，泡沫Cu为5％，余量为Mg。

2、冷却剂是由以下方法得到：将赤泥遴选之后，加入炼钢钢渣、水玻璃、膨润土在混料机内混合40分钟，进行造粒成型得到粒径大小为10mm的颗粒，接着送至干燥窑干燥，干燥温度为300℃，控制水分在3％，即可得到冷却剂；所述赤泥、炼钢钢渣、水玻璃、膨润土的重量比为12:12:2:1。

3、将上述比例原料与制备得到的冷却剂用于制备一种高阻尼性能镁基合金机械材料中，具体步骤如下：

步骤一，按照重量百分含量计，称取金属纯镁、纯镍、纯硅和泡沫铜，备用；

步骤二，将步骤一称取的原材料分别加入干燥机中，所述干燥机的腔室中设置有一可开合的隔板，在干燥预热前先将隔板关闭，然后将原料加入，接着关闭干燥机的送料口，再将热空气从干燥机的底部高压喷出，接着将隔板打开，原料掉落热空气将原料在干燥机的腔室中形成漩涡进行干燥预热，保持热空气的温度为130℃条件下，干燥预热2h，备用；

步骤三，将步骤二预干燥预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在二氧化碳和四氟化硫按照体积含量比为85：1的混合气体的保护下加热至720℃，待纯镁完全熔化后添加步骤二预热好的纯镍和纯硅，待纯镍和纯硅全部熔化后添加步骤二预热好的泡沫Cu，然后搅拌25min；

步骤四，除去表面浮渣，然后静置25min，再将熔体使用底注法浇注至预热温度为360℃的金属型模具中，喷射冷却剂进行冷却后去除冷却剂，即可得到本发明一种高阻尼性能镁基合金机械材料。

实施例3：

1、一种高阻尼性能镁基合金机械材料，该镁基合金机械材料的化学成分的重量百分含量：Ni为0.2～5％，Si为0.05％，泡沫Cu为0.5％，余量为Mg。

2、冷却剂是由以下方法得到：将赤泥遴选之后，加入炼钢钢渣、水玻璃、膨润土在混料机内混合35分钟，进行造粒成型得到粒径大小为5mm的颗粒，接着送至干燥窑干燥，干燥温度为285℃，控制水分在3％，即可得到冷却剂；所述赤泥、炼钢钢渣、水玻璃、膨润土的重量比为12:12:2:1。

3、将上述比例原料与制备得到的冷却剂用于制备一种高阻尼性能镁基合金机械材料中，具体步骤如下：

步骤一，按照重量百分含量计，称取金属纯镁、纯镍、纯硅和泡沫铜，备用；

步骤二，将步骤一称取的原材料分别加入干燥机中，所述干燥机的腔室中设置有一可开合的隔板，在干燥预热前先将隔板关闭，然后将原料加入，接着关闭干燥机的送料口，再将热空气从干燥机的底部高压喷出，接着将隔板打开，原料掉落热空气将原料在干燥机的腔室中形成漩涡进行干燥预热，保持热空气的温度为110℃条件下，干燥预热2h，备用；

步骤三，将步骤二预干燥预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在二氧化碳和四氟化硫按照体积含量比为88：1的混合气体的保护下加热至700℃，待纯镁完全熔化后添加步骤二预热好的纯镍和纯硅，待纯镍和纯硅全部熔化后添加步骤二预热好的泡沫Cu，然后搅拌5min；

步骤四，除去表面浮渣，然后静置5min，再将熔体使用底注法浇注至预热温度为340℃的金属型模具中，喷射冷却剂进行冷却后去除冷却剂，即可得到本发明一种高阻尼性能镁基合金机械材料。

实施例4：

1、一种高阻尼性能镁基合金机械材料，该镁基合金机械材料的化学成分的重量百分含量：Ni为2％，Si为0.15％，泡沫Cu为3.5％，余量为Mg。

2、冷却剂是由以下方法得到：将赤泥遴选之后，加入炼钢钢渣、水玻璃、膨润土在混料机内混合33分钟，进行造粒成型得到粒径大小为6mm的颗粒，接着送至干燥窑干燥，干燥温度为290℃，控制水分在3％，即可得到冷却剂；所述赤泥、炼钢钢渣、水玻璃、膨润土的重量比为12:12:2:1。

3、将上述比例原料与制备得到的冷却剂用于制备一种高阻尼性能镁基合金机械材料中，具体步骤如下：

步骤一，按照重量百分含量计，称取金属纯镁、纯镍、纯硅和泡沫铜，备用；

步骤二，将步骤一称取的原材料分别加入干燥机中，所述干燥机的腔室中设置有一可开合的隔板，在干燥预热前先将隔板关闭，然后将原料加入，接着关闭干燥机的送料口，再将热空气从干燥机的底部高压喷出，接着将隔板打开，原料掉落热空气将原料在干燥机的腔室中形成漩涡进行干燥预热，保持热空气的温度为123℃条件下，干燥预热2h，备用；

步骤三，将步骤二预干燥预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在二氧化碳和四氟化硫按照体积含量比为90：1的混合气体的保护下加热至715℃，待纯镁完全熔化后添加步骤二预热好的纯镍和纯硅，待纯镍和纯硅全部熔化后添加步骤二预热好的泡沫Cu，然后搅拌20min；

步骤四，除去表面浮渣，然后静置20min，再将熔体使用底注法浇注至预热温度为355℃的金属型模具中，喷射冷却剂进行冷却后去除冷却剂，即可得到本发明一种高阻尼性能镁基合金机械材料。

实施例5：

1、一种高阻尼性能镁基合金机械材料，该镁基合金机械材料的化学成分的重量百分含量：Ni为1％，Si为0.1％，泡沫Cu为2％，余量为Mg。

2、冷却剂是由以下方法得到：将赤泥遴选之后，加入炼钢钢渣、水玻璃、膨润土在混料机内混合38分钟，进行造粒成型得到粒径大小为8mm的颗粒，接着送至干燥窑干燥，干燥温度为295℃，控制水分在3％，即可得到冷却剂；所述赤泥、炼钢钢渣、水玻璃、膨润土的重量比为12:12:2:1。

3、将上述比例原料与制备得到的冷却剂用于制备一种高阻尼性能镁基合金机械材料中，具体步骤如下：

步骤一，按照重量百分含量计，称取金属纯镁、纯镍、纯硅和泡沫铜，备用；

步骤二，将步骤一称取的原材料分别加入干燥机中，所述干燥机的腔室中设置有一可开合的隔板，在干燥预热前先将隔板关闭，然后将原料加入，接着关闭干燥机的送料口，再将热空气从干燥机的底部高压喷出，接着将隔板打开，原料掉落热空气将原料在干燥机的腔室中形成漩涡进行干燥预热，保持热空气的温度为116℃条件下，干燥预热2h，备用；

步骤三，将步骤二预干燥预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在二氧化碳和四氟化硫按照体积含量比为95：1的混合气体的保护下加热至705℃，待纯镁完全熔化后添加步骤二预热好的纯镍和纯硅，待纯镍和纯硅全部熔化后添加步骤二预热好的泡沫Cu，然后搅拌18min；

步骤四，除去表面浮渣，然后静置18min，再将熔体使用底注法浇注至预热温度为345℃的金属型模具中，喷射冷却剂进行冷却后去除冷却剂，即可得到本发明一种高阻尼性能镁基合金机械材料。

将实施例1-5得到的镁基合金机械材料与AZ91镁合金阻尼性能的对比，阻尼性能测试：采用葛式低频扭摆仪进行测试，试样尺寸为150mm×1mm×1mm，加热炉升温速率为1.5℃/min，测试温度分别为25℃、300℃、测试频率为0.8Hz，在升温过程中测试试样的阻尼性能，每次测量时间小于30s，具体记录见表1：

表1本发明实施例1-5镁基合金机械材料与Mg-9Al-1Zn镁合金的阻尼性能

由上表可知，使用本发明的技术方案制备得到的镁基合金机械材料相比Mg-9Al-1Zn镁合金的具有更优异的阻尼性能。

将实施例1-5得到的冷却剂进行性能检测，对比例是市面采购的钢渣冷却剂A1，

将各个冷却剂分别从3米高的地方喷出落在温度为200±10℃的热镁基合金上，喷的热镁基合金的面积为0.2平方米，检测每0.2平方米面积上的冷却剂的颗粒的破碎率(破碎面积/总面积)，重复3次，求均值，

性能检测对比具体记录见表2：

表2冷却剂性能检测表

由上表可知，使用本发明的技术方案制备得到的冷却剂的颗粒具有优异的强度，下落之后不易破碎，从而具有更好的冷却效果，提高冷却的速度。而外的对比例相比本实施例的破碎率相差较大的原因可能还与受热程度有关。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种高阻尼性能镁基合金机械材料，其特征在于：该镁基合金机械材料的化学成分的重量百分含量：Ni为0.05~5%，Si为0.01~0.25%，泡沫Cu为0.1~5%，余量为Mg；

该高阻尼性能镁基合金机械材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，按照重量百分含量计，称取金属纯镁、纯镍、纯硅和泡沫铜，备用；

步骤二，将步骤一称取的原材料分别置于120±10 ℃条件下干燥预热2 h，备用；

步骤三，将步骤二预干燥预热好的纯镁放入不锈钢坩埚中，在二氧化碳和四氟化硫混合气体的保护下加热至710±10℃，待纯镁完全熔化后添加步骤二预热好的纯镍和纯硅，待纯镍和纯硅全部熔化后添加步骤二预热好的泡沫Cu，然后搅拌15±10min；

步骤四，除去表面浮渣，然后静置15±10min，再将熔体浇注至预热温度为350±10℃的金属型模具中，喷射冷却剂进行冷却后去除冷却剂，即可得到高阻尼性能镁基合金机械材料；所述的冷却剂是由以下方法得到：将赤泥遴选之后，加入炼钢钢渣、水玻璃、膨润土在混料机内混合30-40分钟，进行造粒成型得到粒径大小为3-10mm的颗粒，接着送至干燥窑干燥，干燥温度为280-300℃，控制水分在3%，即可得到冷却剂；

所述赤泥、炼钢钢渣、水玻璃、膨润土的重量比为12:12:2:1。

2.根据权利要求1所述的一种高阻尼性能镁基合金机械材料，其特征在于：所述Ni的重量百分含量为0.2~2%。

3.根据权利要求1所述的一种高阻尼性能镁基合金机械材料，其特征在于：所述Si的重量百分含量为0.05~0.15%。

4.根据权利要求1所述的一种高阻尼性能镁基合金机械材料，其特征在于：所述泡沫Cu的重量百分含量为0.5~3.5%。

5.根据权利要求1所述的一种高阻尼性能镁基合金机械材料，其特征在于：在步骤二中，所述的干燥预热的具体方式是：

将原料加入干燥机中，所述干燥机的腔室中设置有一可开合的隔板，在干燥预热前先将隔板关闭，然后将原料加入，接着关闭干燥机的送料口，再将热空气从干燥机的底部高压喷出，接着将隔板打开，原料掉落热空气将原料在干燥机的腔室中形成漩涡进行干燥预热。

6.根据权利要求1所述的一种高阻尼性能镁基合金机械材料，其特征在于：在步骤三中，所述二氧化碳和四氟化硫混合保护气体的体积含量比为85-99：1。

7.根据权利要求1所述的一种高阻尼性能镁基合金机械材料，其特征在于：在步骤四中，所述熔体浇注为底注法。