CN113913661A - 一种高阻尼Mg-Zn-Ni-Y合金及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种高阻尼Mg‑Zn‑Ni‑Y合金及其制备工艺，属于镁合金及其制备技术领域，合金元素的组成及其质量百分比为：Zn 1.28~3.5wt%，Ni 1.16~3.2wt%，Y 4.68~12.8wt%，余量为镁和不可避免的杂质；其微观组织形貌特征为：主相由镁相和长周期相组成，晶界处为平行长周期相。合金主要由镁相和长周期相组成的二相合金，其中长周期相为镁合金中有效的强化相，并也有利于合金的阻尼性能。本发明工艺简单，可移植性强，且容易操作，成本较低，节约能源，通过控制合金成分和热处理工艺，控制合金LPSO相形貌及固溶原子，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-Zn-Ni-Y合金及其制备工艺

技术领域

本发明属于镁合金及其制备技术领域，具体涉及一种高阻尼Mg-Zn-Ni-Y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)合金中引入长周期相（LPSO相）对力学、阻尼等性能的提高有明显的影响。

“一种高强度Mg~Y~Ni~Zr合金及其制备方法”（公开号：CN 106801206 A），将成分为Y=5.0~12.5wt%，Ni=2.0~6.0wt%，Zr=0.4~1.0wt%，余量为镁的合金在电磁感应搅拌均匀后静置浇铸得到合金铸锭，在挤压温度400℃士10℃，挤压比为11，挤压速度恒定，得到挤压态合金，再经过人工时效处理得到高强度度Mg-Y-Ni-Zr合金。此方法可将Mg-Y-Ni-Zr合金的抗拉强度控制在500MPa左右，但对于在只含Mg-Y-Ni形成大量长周期相的镁合金中添加过渡元素Zr、Zn、Mn、Ti后阻尼性能的影响还尚未有研究。

“高阻尼Mg-Zn-Y及其制备工艺”（公开号：CN 104152773 A），通过控制合金成分和熔炼工艺，可控制合金中晶粒大小及LPSO相分布，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，亟待提供一种能够有效调控含长周期相Mg-RE-X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

为了克服现有技术的不足，在保证镁合金具有一定的强度的条件下，大幅提高阻尼性能，以满足当前国防及民用工业对减振降噪的需求，本发明提供一种高阻尼Mg-Zn-Ni-Y合金及其制备工艺。

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种高阻尼Mg-Zn-Ni-Y合金，合金元素的组成及其质量百分比为：Zn 1.28~3.5wt%，Ni 1.16~3.2wt%，Y 4.68~12.8wt%，余量为镁和不可避免的杂质；其微观组织形貌特征为：主相由镁相和长周期相组成，晶界处为平行长周期相。

进一步地，合金组成及其质量百分比为：Zn 3.5wt%，Ni 3.2wt%，Y 12.7wt%。

一种高阻尼Mg-Zn-Ni-Y合金的制备工艺，包括以下步骤：

S1、按合金元素的质量百分比称取原料：Zn 1.28~3.5wt%，Ni 1.16~3.2wt%，Y4.68~12.8wt%，余量为镁和不可避免的杂质；其中，Y、Ni元素以Mg-30Y中间合金、Mg-25Ni中间合金的形式加入电磁感应熔炼炉，Zn元素以Zn粒的形式加入电磁感应熔炼炉，熔炼过程中采用氩气作为保护气体，升温至770℃保温2-4h并电磁感应搅拌，使原料充分熔化且成分均匀，待原料全部熔化后降温至600~620℃静置保温20~120min，取出后室温空冷或者盐浴水冷，制得Mg-Zn-Ni-Y合金铸锭；

S2、 将Mg-Zn-Ni-Y合金铸锭放入热处理炉升温至480~500℃，保温2~4小时，制得晶界处平行长周期相的Mg-Zn-Ni-Y合金。

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/Zn、Ni的原子比，保证了合金中Y、Ni、Zn为主要形成长周期相，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、现有技术中主要致力于通过单一热处理方式来提高合金阻尼性能的研究，而长周期十分稳定，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-Zn-Ni-Y中，Zn、Ni、Y比重较大，采用电磁感应熔炼一次，再次重熔并在高温保温就不会有明显的偏析；将重熔与热处理相结合，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通过控制合金成分和热处理工艺，控制合金中长周期相形貌，能大幅提高合金的阻尼性能。可将基体中Zn、Y、Ni元素形成的无取向块状长周期相转变为晶界处平行长周期相，力学性能没有降低，且在振动时，平行长周期相有利于位错运动提高了合金的阻尼性能。

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-Zn-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得到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曲线图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例均按照常规实验条件。另外，对于本领域技术人员而言，在不偏离本发明的实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

实施例1

一种高阻尼Mg-Zn-Ni-Y合金，合金元素的组成及其质量百分比为：Zn 3.5wt%，Ni3.2wt%，Y 12.7wt%，杂质元素含量小于0.1wt%，余量为镁；其微观组织形貌特征为：主相由镁相和长周期相组成，晶界处为平行长周期相。

一种高阻尼Mg-Zn-Ni-Y合金的制备工艺，包括以下步骤：

S1、按合金元素的质量百分比称取原料：Zn 3.5wt%，Ni 3.2wt%，Y 12.7wt%，杂质元素含量小于0.1wt%，余量为镁；其中，Y、Ni元素以Mg-30Y中间合金（640g）、Mg-25Ni中间合金（160g）的形式加入电磁感应熔炼炉，Zn元素以Zn粒（52.5g）的形式加入电磁感应熔炼炉，熔炼过程中采用氩气作为保护气体，升温至770℃保温2h并电磁感应搅拌，使原料充分熔化且成分均匀，待原料全部熔化后降温至620℃静置保温22min，取出后室温空冷，制得Mg-Zn-Ni-Y合金铸锭；

S2、 将Mg-Zn-Ni-Y合金铸锭放入型号为N30/85HA的热处理炉升温至480℃，保温2小时，制得晶界处平行长周期相的Mg-Zn-Ni-Y合金，得到高阻尼合金的微观组织照片如图2所示。

实施例2

一种高阻尼Mg-Zn-Ni-Y合金，合金元素的组成及其质量百分比为：Zn 1.28wt%，Ni1.16wt%，Y 4.68wt%，杂质元素含量小于0.1wt%，余量为镁；其微观组织形貌特征为：主相由镁相和长周期相组成，晶界处为平行长周期相。

一种高阻尼Mg-Zn-Ni-Y合金的制备工艺，包括以下步骤：

S1、按合金元素的质量百分比称取原料：Zn 1.28wt%，Ni 1.16wt%，Y 4.68wt%，杂质元素含量小于0.1wt%，余量为镁；其中，Y、Ni元素以Mg-30Y中间合金（640g）、Mg-25Ni中间合金（160g）的形式加入电磁感应熔炼炉，Zn元素以Zn粒（52.5g）的形式加入电磁感应熔炼炉，熔炼过程中采用氩气作为保护气体，升温至770℃保温4h并电磁感应搅拌，使原料充分熔化且成分均匀，待原料全部熔化后降温至600℃静置保温120min，取出后室温空冷，制得Mg-Zn-Ni-Y合金铸锭；

S2、 将Mg-Zn-Ni-Y合金铸锭放入型号为N30/85HA的热处理炉升温至500℃，保温4小时，制得晶界处平行长周期相的Mg-Zn-Ni-Y合金，得到高阻尼合金的微观组织照片如图3所示。

如图4所示为镁合金的阻尼测试结果。本实施例2的高阻尼Mg-Zn-Ni-Y合金的强度与常见的Mg-Ni-Y、Mg-Ni-Y-Ti合金相比高10-20MPa。

本实施例2制得的高阻尼Mg-Zn-Ni-Y合金晶界处含有平行长周期相，阻尼值较含有平行第二相Mg-Sn-Ce合金的阻尼值0.065略高。

根据表1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在于，将合金热处理温度提高到500℃保温2h，块状长周期相转变为平行长周期相，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0.07(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-Zn-Ni-Y合金，其特征在于：合金元素的组成及其质量百分比为：Zn1.28~3.5wt%，Ni 1.16~3.2wt%，Y 4.68~12.8wt%，余量为镁和不可避免的杂质；其微观组织形貌特征为：主相由镁相和长周期相组成，晶界处为平行长周期相。

2.根据权利要求1所述的一种高阻尼Mg-Zn-Ni-Y合金，其特征在于：合金组成及其质量百分比为：Zn 3.5wt%，Ni 3.2wt%，Y 12.7wt%。

3.一种如权利要求1所述高阻尼Mg-Zn-Ni-Y合金的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

S1、按合金元素的质量百分比称取原料：Zn 1.28~3.5wt%，Ni 1.16~3.2wt%，Y 4.68~12.8wt%，余量为镁和不可避免的杂质；其中，Y、Ni元素以Mg-30Y中间合金、Mg-25Ni中间合金的形式加入电磁感应熔炼炉，Zn元素以Zn粒的形式加入电磁感应熔炼炉，熔炼过程中采用氩气作为保护气体，升温至770℃保温2-4h并电磁感应搅拌，使原料充分熔化且成分均匀，待原料全部熔化后降温至600~620℃静置保温20~120min，取出后室温空冷或者盐浴水冷，制得Mg-Zn-Ni-Y合金铸锭；

S2、 将Mg-Zn-Ni-Y合金铸锭放入热处理炉升温至480~500℃，保温2~4小时，制得晶界处平行长周期相的Mg-Zn-Ni-Y合金。

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