CN1552932A

CN1552932A - 混杂增强高阻尼铝基复合材料及其制备工艺

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Publication number: CN1552932A
Application number: CNA2003101227419A
Authority: CN
Inventors: 王浩伟; 马乃恒; 李险峰; 厉松春; 张亦杰
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: CN1257297C

Abstract

一种混杂增强高阻尼铝基复合材料及其制备工艺，属于材料领域。本发明复合材料的成分重量百分比组成为：Si 0～1.3％，Mg 4.5～11％，Zn 0～1.5％，Mn 0～0.4％，Be0～0.1％，TiB₂0.1～20％，其中TiB₂1～10％，TiC 1～10％，其余为Al。该材料采用覆盖剂覆盖铝熔体并利用反应盐法和重熔稀释制备，步骤为：加入铝锭全部熔化后用覆盖剂覆盖熔体，并加入经烘干的含TiC颗粒的高阻尼复合材料预制块；铝熔体保温后加入经烘干的K₂TiF₆、KBF₄混和盐并搅拌；反应结束后舀出混和盐反应产物，加入Mg或Si、Mg、Al－Mn或Mg、Zn、Al－Be调整化学成分静置后浇入锭模，即获得混杂增强高阻尼铝基复合材料。本发明在增加复合材料的阻尼性能的同时又提高了复合材料的强度，并可直接应用于复杂零件的成型。

Description

混杂增强高阻尼铝基复合材料及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种混杂增强高阻尼铝基复合材料及其制备工艺，特别是一种原位自生(TiC、TiB₂)/Al高阻尼复合材料及其制备工艺。属于材料领域。

背景技术

金属基复合材料以其优良的性能，被广泛应用于航空、航天、汽车、电子工业等领域中。振动和噪声普遍存在某些动态结构中，振动和噪声可以使电子器件失效，仪器仪表失灵，机械零部件寿命缩短，严重时甚至造成失效，引发灾难性后果。阻尼材料与技术是控制结构共振和噪声最有效的方法，是国际上极为重视的研究领域。

经文献检索发现，刘维镐等在《功能材料》2001，32(4)：440～442上发表的“高阻尼铝基复合材料的研究”，该文章介绍了：通过包套挤压法制备了高阻尼6061Al/SiC_P/石墨混杂金属基复合材料，利用SiC颗粒增加材料的强度和刚度，利用石墨增加材料的阻尼。上述方法制备的复合材料阻尼性能最高达到11.6×10^-3，未达到高阻尼材料的要求；其次利用上述复合材料制备方法很难直接成型复杂零件。

发明内容

本发明的目的针对现有技术的上述不足，提供一种混杂增强高阻尼铝基复合材料及其制备工艺，使其获得一种原位自生含TiB₂、TiC颗粒的高阻尼铝基复合材料，并可直接应用于复杂零件的成型。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明混杂增强高阻尼铸造铝基复合材料，其成份重量百分比组成为：Si 0～1.3％，Mg 4.5～11％，Zn 0～1.5％，Mn 0～0.4％，Be 0～0.1％，TiB₂ 0.1～20％，其中TiB₂ 1～10％，TiC 1～10％，其余为Al。

本发明通过覆盖剂覆盖并利用反应盐法和重熔稀释制备原位自生(TiC、TiB₂)/Al高阻尼复合材料，包括以下步骤：

(1)加入铝锭全部熔化后用覆盖剂覆盖熔体，并加入经烘干的含TiC颗粒的高阻尼复合材料预制块；

(2)铝熔体保温后加入经烘干的K₂TiF₆、KBF₄混和盐并搅拌；

(3)反应结束后舀出混和盐反应产物，加入Mg或Si、Mg、Al-Mn或Mg、Zn、Al-Be调整化学成分静置后浇入锭模，即获得原位自生(TiC、TiB₂)混杂增强高阻尼铝基复合材料。

本发明方法中，所述的覆盖剂包括：氯盐，如KCl、NaCl、MgCl₂、MgCl₂·KCl，氟盐，如Na₂SiF₆、Na₃AlF₆、NaF、KF。

步骤(1)中，铝锭熔化温度在680℃～750℃之间，预制块加入温度在680℃～750℃之间，预制块在150℃～250℃保温烘干2～5小时。

步骤(2)中混和盐加入温度在680℃～900℃之间，混和盐在150℃～250℃保温烘干2～5小时。搅拌速度为200～400rpm，搅拌时间为10～30min，搅拌温度680℃～900℃。

步骤(3)中，熔体静置温度为680℃～780℃，静置时间为10～30min。

本发明工艺利用反应盐法和重熔稀释制备的混杂增强高阻尼铸造铝基复合材料，原位自生TiC、TiB₂颗粒表面洁净，与铝界面结合良好。TiC颗粒的加入起到非自发结晶核心，细化了晶粒，增加了材料的界面阻尼；TiB₂颗粒的加入提高了复合材料的模量，增加了颗粒与基体的热错配应变，提高了材料的位错阻尼。本发明为混杂增强高阻尼复合材料的发展奠定了基础。

具体实施方式

结合本发明的内容提供以下实施例，对本发明作进一步的理解：

实施例1

制备成分为Mg 11％，TiB₂ 10％，TiC 1％，其余为Al的高阻尼复合材料，过程如下：

铝锭熔化后加入KCl、NaCl、Na₃AlF₆覆盖剂覆盖，熔融后测温，温度达到750℃，加入经250℃保温烘干2小时的预制块，保温至900℃加入经250℃保温烘干2小时的K₂TiF₆、KBF₄混和盐，用搅拌装置以400rpm的转搅速度搅拌10min，搅拌温度为900℃。舀出混和盐反应产物加入Mg调整化学成分后，经780℃静置10min后倒入锭模即得原位自生(TiC、TiB₂)混杂增强高阻尼铝基复合材料。将所得复合材料切割成50mm×5mm×1mm的阻尼试样，通过DMTA测得所制备高阻尼复合材料的阻尼值Q^-1＝8～48×10^-3。

实施例2

制备成分为Si 1.3％，Mg 4.5％，Mn 0.4％，TiB₂ 1％，TiC 10％，其余为Al的高阻尼复合材料，过程如下：

铝锭熔化后加入KF、MgCl₂·KCl覆盖剂覆盖，熔融后测温，温度达到725℃，加入经200℃保温烘干3.5小时的预制块，保温至790℃加入经200℃保温烘干3.5小时的K₂TiF₆、KBF₄混和盐，用搅拌装置以300rpm的转搅速度搅拌20min，搅拌温度为790℃。舀出混和盐反应产物加入Si，Mg，Al-Mn合金调整化学成分后，经730℃静置20min后倒入锭模即得原位自生(TiC、TiB₂)混杂增强高阻尼铝基复合材料。将所得复合材料切割成50mm×5mm×imm的阻尼试样，通过DMTA测得所制备高阻尼复合材料的阻尼值Q^-1＝7～46×10^-3。

实施例3

制备成分为Mg 8％，Zn 1.2％，Be 0.1％，TiC 5％，TiB₂ 5％，其余为Al的高阻尼复合材料，过程如下：

铝锭熔化后加入MgCl₂、Na₂SiF₆、NaF覆盖剂覆盖，熔融后测温，温度达到680℃，加入经150℃保温烘干5小时的预制块，保温至680℃加入经150℃保温烘干5小时的K₂TiF₆、KBF₄混和盐，用搅拌装置以200rpm的转搅速度搅拌30min，搅拌温度为680℃。舀出混和盐反应产物加入Mg，Al-Be调整化学成分后，经680℃静置30min后倒入锭模即得原位自生(TiC、TiB₂)混杂增强高阻尼铝基复合材料。将所得复合材料切割成50mm×5mm×1mm的阻尼试样，通过DMTA测得所制备高阻尼复合材料的阻尼值Q^-1＝8～50×10^-3。

实施例4

制备成分为Mg 5％，Si 0.8％，Mn 0.2％，TiC 4％，TiB₂ 6％，其余为Al的高阻尼复合材料，过程如下：

铝锭熔化后加入MgCl₂、Na₂SiF₆、KF覆盖剂覆盖，熔融后测温，温度达到700℃，加入经180℃保温烘干4小时的预制块，保温至750℃加入经180℃保温烘干4小时的K₂TiF₆、KBF₄混和盐，用搅拌装置以280rpm的转搅速度搅拌25min，搅拌温度为750℃。舀出混和盐反应产物加入Mg、Si、Mn调整化学成分后，经720℃静置25min后倒入锭模即得原位自生(TiC、TiB₂)混杂增强高阻尼铝基复合材料。将所得复合材料切割成50mm×5mm×1mm的阻尼试样，通过DMTA测得所制备高阻尼复合材料的阻尼值Q^-1＝10～52×10^-3。

实施例5

制备成分为Mg 9％，Zn 1.5％，Be 0.05％，TiC 6％，TiB₂ 6％，其余为Al的高阻尼复合材料，过程如下：

铝锭熔化后加入NaCl₂、Na₂SiF₆、NaF覆盖剂覆盖，熔融后测温，温度达到710℃，加入经150℃保温烘干5小时的预制块，保温至800℃加入经150℃保温烘干5小时的K₂TiF₆、KBF₄混和盐，用搅拌装置以200rpm的转搅速度搅拌30min，搅拌温度为800℃。舀出混和盐反应产物加入Mg、Zn、Al-Be调整化学成分后，经760℃静置25min后倒入锭模即得原位自生(TiC、TiB₂)混杂增强高阻尼铝基复合材料。将所得复合材料切割成50mm×5mm×1mm的阻尼试样，通过DMTA测得所制备高阻尼复合材料的阻尼值Q^-1＝8～53×10^-3。

Claims

1、一种混杂增强高阻尼铝基复合材料，其特征在于，其成份重量百分比组成为，Si 0～1.3％，Mg 4.5～11％，Zn 0～1.5％，Mn 0～0.4％，Be0～0.1％，TiB₂ 0.1～20％，其中TiB₂1～10％，TiC 1～10％，其余为Al。

2、一种混杂增强高阻尼铝基复合材料的制备工艺，其特征在于，覆盖剂覆盖并利用反应盐法和重熔稀释制备原位自生TiC、TiB₂混杂增强高阻尼铝基复合材料，包括以下步骤：

(2)铝熔体保温后加入经烘干的K₂TiF₆、KBF₄混和盐并搅拌；

(3)反应结束后舀出混和盐反应产物，加入Mg或Si、Mg、Al-Mn或Mg、Zn、Al-Be调整化学成分，静置后浇入锭模，即获得原位自生TiC、TiB₂混杂增强高阻尼铝基复合材料。

3、根据权利要求2所述的混杂增强高阻尼铝基复合材料的制备工艺，其特征是，所述的覆盖剂包括：氯盐，如KCl、NaCl、MgCl₂、MgCl₂·KCl，氟盐，如Na₂SiF₆、Na₃AlF₆、NaF、KF。

4、根据权利要求2所述的混杂增强高阻尼铝基复合材料的制备工艺，其特征是，步骤(1)中，铝锭熔化温度在680℃～750℃之间，预制块加入温度在680℃～750℃之间，预制块在150℃～250℃保温烘干2～5小时。

5、根据权利要求2所述的混杂增强高阻尼铝基复合材料的制备工艺，其特征是，步骤(2)中，混和盐加入温度在680℃～900℃之间，混和盐在150℃～250℃保温烘干2～5小时。搅拌速度为200～400rpm，搅拌时间为10～30min，搅拌温度680℃～900℃。

6、根据权利要求2所述的混杂增强高阻尼铝基复合材料的制备工艺，其特征是，步骤(3)中，熔体静置温度为680℃～780℃，静置时间为10～30min。