CN113718149B - 一种高阻尼Mg-Ni-Y镁合金的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高阻尼Mg‑Ni‑Y镁合金及其制备工艺，属于镁合金制备技术领域，解决高阻尼Mg‑RE‑X镁合金力学性能差的技术问题。高阻尼Mg‑Ni‑Y镁合金中各组分及其质量百分比为：Ni：2.3~6.4wt%，Y：4.7~12.8wt%，余量为镁及不可避免的杂质；高阻尼Mg‑Ni‑Y镁合金中主相为镁相和长周期相，并且长周期相为杆状，长周期相位于晶界处。本发明通过控制合金成分和热处理工艺，可控制合金中长周期相形貌及含量，能大幅提高合金的阻尼性能，并保证了合金的强度，实现镁合金的阻尼与力学的平衡优化。

Description

一种高阻尼Mg-Ni-Y镁合金的制备工艺
技术领域
本发明属于镁合金制备技术领域，具体涉及的是一种高阻尼Mg-Ni-Y镁合金及其制备工艺。
背景技术
振动和噪声是伴随着现代电力、汽车和航空航天工业迅速发展的严重问题，因此，具有良好的抗振动和降噪性能的金属结构材料越来越受到重视。镁合金具有比强度高、铸造及切削加工性能优良、可回收利用等特点，在实现轻量化、降低能源消耗等方面潜力巨大，因此成为最具前景的轻型结构材料。
阻尼性能是指在没有外部阻尼器的情况下，减少结构中不必要的振动。然而高阻尼能力的材料通常表现出较差的力学性能。例如，高阻尼镁锆镁合金被广泛使用，但其低的力学性能不能满足国防和民用工业的要求。平衡镁合金的阻尼能力和力学性能已成为工程应用的一个关键问题。在Mg-RE-X(其中RE代表稀土元素，如Y、Gd和Er；X代表过渡元素，如Zn、Ni、Cu或Co)合金中引入LPSO相，对力学、阻尼等性能的提高有明显的影响。
CN106801206A公开了“一种提高含LPS0结构相的Mg-RE-Zn系合金室温塑性的方法”，将铸态Mg-RE-Zn系合金在(480±10℃)保温24h+(500±5℃)保温32h的条件下进行双级均匀化热处理，随后合金随炉冷却至460～480℃保温2h±10min，得到含针状14H长周期有序相的 Mg-RE-Zn系合金，此方法可将铸态合金中块状18R长周期有序相转变成针状14H长周期有序相，从而提高合金的塑性，但该转变对于镁合金的阻尼性能的影响还尚未有研究。
CN104152773A公开了“高阻尼Mg-Zn-Y及其制备工艺”，通过控制合金成分和熔炼工艺，可控制合金中晶粒大小及长周期相(LPSO)分布，能大幅提高合金的阻尼性能，并保证了合金的强度，实现镁合金的阻尼与力学的平衡优化。
目前，亟需一种能够有效调控含长周期相Mg-RE-X镁合金的工艺，并制备出新型高阻尼镁合金以满足当前国防军工及民用工业等对减振降噪的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，解决高阻尼Mg-RE-X镁合金力学性能差的技术问题，本发明提供一种高阻尼Mg-Ni-Y镁合金及其制备工艺。
为了解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种高阻尼Mg-Ni-Y镁合金，合金各组分及其质量百分比为：Ni：2.3～6.4wt％，Y：4.7～12.8wt％，余量为镁及不可避免的杂质；高阻尼Mg-Ni-Y镁合金中主相为镁相和长周期相，并且长周期相为杆状，长周期相位于晶界处。
进一步地，合金各组分及其质量百分比为：Ni：6.2wt％，Y：12.6wt％，余量为镁及不可避免的杂质。
一种高阻尼Mg-Ni-Y镁合金的制备工艺，包括以下步骤：
S1、按照合金各组分及其质量百分比为称取原料：Ni：2.3～6.4wt％，Y：4.7～12.8wt％，余量为镁及不可避免的杂质，其中Y与Ni分别以Mg-30Y、Mg-25Ni中间合金形式加入坩埚中，在氩气保护氛围中通过中频感应熔炼炉进行熔炼，直至固态合金完全熔化至液态；
S2、将步骤S1熔炼后制得的合金液与坩埚一同置于盐水浴中快速冷却，直至合金液完全凝固，制得合金铸锭；
S3、将步骤S2制得的合金铸锭放入热处理炉进行热处理，依次包括以下步骤：
1)、升温至480～500℃，保温2～4小时；
2)、冷却至300～330℃，保温1～2小时；
3)、50℃温水浴淬火；
制得含杆状长周期有序相的Mg-Ni-Y镁合金。
进一步地，所述步骤S1中，中频感应熔炼炉熔炼前通过一个小孔向坩埚内通入约5分钟的氩气，排尽中频感应熔炼炉中的空气，熔炼过程中将炉口盖严。
进一步地，所述步骤S2中，盐水浴未没过坩埚口。
进一步地，所述步骤S3中，所述3)合金铸锭先在75～90℃冷却1小时，再进行温水浴淬火。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
1、本发明在合金成分的设计中控制Y/Ni的原子比，保证了合金中Y和Ni主要形成长周期相，合金为主要由镁相和长周期相组成的两相合金，长周期相为镁合金中有效的强化相，有利于镁合金的力学性能，同时避免过多的相成分阻碍位错运动而降低合金阻尼性能。
2、通常，众多学者主要致力于通过单一热处理方式(加热保温后直接冷却)来提高合金阻尼性能的研究，而长周期相十分稳定，较短的常规热处理时间难以对其内部固溶原子及长周期相形貌进行调控。本发明Mg-Ni-Y镁合金中，Ni、Y比重较大，采用分段冷却，让成份均匀，减小偏析，其在特定温度进行保温，已达到提高阻尼性能的目的。
3、本发明的制备工艺中采用通过控制合金成分和热处理工艺，控制合金中长周期相(LPS0) 形貌及含量，能大幅提高合金的阻尼性能。可将基体中Y、Ni元素形成的块状长周期相转变为杆状长周期相，对合金有明显第二相强化作用，且有利于合金阻尼，同时在振动时，杆状相较大的接触面积能达到良好的减振效果。
4、本发明工艺简单，试验参数控制方便，可移植性强，且容易操作，成本较低，可用于航空航天、轨道交通、纺织工艺，达到减振降噪的作用，即可达到提高Mg-Ni-Y系合金阻尼性能的目的。
附图说明
图1为常规铸态镁合金的微观组织形貌图；
图2为实施例1制得的高阻尼合金的微观组织形貌图；
图3为实施例2得到高阻尼合金的微观组织形貌图；
图4为镁合金的阻尼测试结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
一种高阻尼Mg-Ni-Y镁合金的制备工艺，包括以下步骤：
S1、按照合金各组分及其质量百分比为称取原料：Ni：6.2wt％，Y：12.6wt％，余量为镁及不可避免的杂质，其中Y与Ni分别以Mg-30Y、Mg-25Ni中间合金形式加入坩埚中，坩埚的直径为
Figure BDA0003199230150000031
在氩气保护氛围中通过GW-100型中频感应熔炼炉进行熔炼，熔炼前通过一个小孔向坩埚内通入约5分钟的氩气，排尽中频感应熔炼炉中的空气，熔炼过程中尽量将炉口盖严，熔炼时间为40分钟，直至固态合金完全熔化至液态；
S2、将步骤S1熔炼后制得的合金液与坩埚一同置于盐水浴中快速冷却，盐水浴未没过坩埚口，直至合金液完全凝固，制得直径为
Figure BDA0003199230150000032
的镁合金铸锭；
S3、将步骤S2制得的合金铸锭放入型号为N30/85HA的热处理炉进行热处理，依次包括以下步骤：
1)、升温至480℃，保温2小时；
2)、冷却至300℃，保温2小时；
3)、50℃温水浴淬火；
制得含杆状长周期有序相的Mg-Ni-Y镁合金。
通过上述制备工艺制得的一种高阻尼Mg-Ni-Y镁合金，合金各组分及其质量百分比为： Ni：6.2wt％，Y：12.6wt％，余量为镁及不可避免的杂质；如图2所示，高阻尼Mg-Ni-Y镁合金中主相为镁相和长周期相，含块状+层片状长周期有序相。
实施例2
一种高阻尼Mg-Ni-Y镁合金的制备工艺，包括以下步骤：
S1、按照合金各组分及其质量百分比为称取原料：Ni：6.2wt％，Y：12.6wt％，杂质元素含量小于0.1％，余量为镁，其中Y与Ni分别以Mg-30Y、Mg-25Ni中间合金形式加入坩埚中，坩埚的直径为
Figure BDA0003199230150000042
在氩气保护氛围中通过GW-100型中频感应熔炼炉进行熔炼，熔炼前通过一个小孔向坩埚内通入约5分钟的氩气，排尽中频感应熔炼炉中的空气，熔炼过程中尽量将炉口盖严，熔炼时间为40分钟，直至固态合金完全熔化至液态；
S2、将步骤S1熔炼后制得的合金液与坩埚一同置于盐水浴中快速冷却，盐水浴未没过坩埚口，直至合金液完全凝固，制得直径为
Figure BDA0003199230150000043
的镁合金铸锭；
S3、将步骤S2制得的合金铸锭放入型号为N30/85HA的热处理炉进行热处理，依次包括以下步骤：
1)、升温至500℃，保温2小时；
2)、冷却至330℃，保温2小时；
3)、先在75～90℃冷却1小时，再在50℃温水浴淬火；
制得含杆状长周期有序相的Mg-Ni-Y镁合金。
通过上述制备工艺制得的一种高阻尼Mg-Ni-Y镁合金，合金各组分及其质量百分比为： Ni：6.2wt％，Y：12.6wt％，余量为镁及不可避免的杂质；如图3所示，高阻尼Mg-Ni-Y镁合金中主相为镁相和长周期相，并且长周期相为杆状，长周期相位于晶界处。
实施例1和实施例2制得的高阻尼Mg-Ni-Y镁合金的特征及力学与阻尼性能如下表所示。
Figure BDA0003199230150000041
图4为镁合金的阻尼测试结果，根据上表和图4可以看出，该设计成分经过提高热处理温度，改变了合金的形貌，大幅的提高了合金的阻尼，实施例2与实施例1的区别在于，将合金热处理温度提高到500℃保温2h，块状、层片长周期相转变为杆状长周期相，合金的阻尼进一步得到大幅提高。其阻尼性能在应变为10-3时高达0.14(远超高阻尼合金的标准，Q-1>0.01)。同时也可见合金在保证高阻尼性能同时，没有显著牺牲合金的强度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种高阻尼Mg-Ni-Y镁合金的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
S1、按照合金各组分及其质量百分比为称取原料：Ni：6.2wt%，Y：12.6wt%，余量为镁及不可避免的杂质，其中Y与Ni分别以Mg-30Y、Mg-25Ni中间合金形式加入坩埚中，在氩气保护氛围中通过中频感应熔炼炉进行熔炼，直至固态合金完全熔化至液态；
S2、将步骤S1熔炼后制得的合金液与坩埚一同置于盐水浴中快速冷却，直至合金液完全凝固，制得合金铸锭；
S3、将步骤S2制得的合金铸锭放入热处理炉进行热处理，依次包括以下步骤：
1）、升温至480~500℃，保温2~4小时；
2）、冷却至300~330℃，保温1~2小时；
3）、合金铸锭先在75~90℃冷却1小时，再进行50℃温水浴淬火；
制得含杆状长周期有序相的Mg-Ni-Y镁合金，高阻尼Mg-Ni-Y镁合金中主相为镁相和长周期相，长周期相位于晶界处。
2.根据权利要求1所述的一种高阻尼Mg-Ni-Y镁合金的制备工艺，其特征在于：所述步骤S1中，中频感应熔炼炉熔炼前通过一个小孔向坩埚内通入约5分钟的氩气，排尽中频感应熔炼炉中的空气，熔炼过程中将炉口盖严。
3.根据权利要求1所述的一种高阻尼Mg-Ni-Y镁合金的制备工艺，其特征在于：所述步骤S2中，盐水浴未没过坩埚口。
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