CN1789446A - Mg2Si/Mg－9Al－Y高阻尼复合材料的制备方法 - Google Patents

Mg2Si/Mg－9Al－Y高阻尼复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种材料技术领域的Mg2Si/Mg－9Al－Y高阻尼材料的制备方法。所述的高阻尼镁基复合材料的各组分及重量百分比为：6－10％Al，1－5％Si，0.4－1％Y，0.1－0.8％RE，0.5－0.6％Sb，杂质元素Fe、Ni、Na、K总含量小于0.1％，其余为Mg，制备步骤如下：(1)在气体保护的条件下，将纯镁和纯铝完全溶化；(2)分别加入Al－20Si、Mg－17Y和Al－10RE中间合金，熔化后进行搅拌；(3)最后加入于200℃烘箱中烘干水分的金属锑，用铝箔包好后用钟罩迅速压入液面以下半分钟后提起，升温对合金液进行精炼并静置，最后捞去表面的浮渣后浇铸于金属模具中。本发明出的复合材料具有较好的阻尼性能和力学性能的组合，同时制备方法简单易操作，扩大了镁合金及其复合材料在汽车工业的应用。

Description

Mg2Si/Mg-9Al-Y高阻尼复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属材料技术领域的方法，特别是一种Mg2Si/Mg-9Al-Y高阻尼材料的制备方法。
背景技术
在现有工程用金属中，镁合金密度最小。虽然镁合金的强度、弹性模量比铝合金、合金钢低，但其比强度明显高于铝合金和钢，比刚度则与铝合金和钢大致相同。与铝合金具有相同刚度的镁合金，其重量约减轻了25％。镁合金同时具有良好的阻尼特征，在各种压力下的减振量远远高于铝合金和铸铁。以上的优点使镁合金用作壳体部件时可以降低噪声，提高密封性；用于座椅、转向柱、轮毂等零件时可以消除部件本身的振动，提高汽车的安全性和操作性能。但AZ91商用镁合金在汽车工业的广泛应用存在的问题，当温度超过120℃，强度迅速下降，而且阻尼性能也大幅度下降。目前在镁合金阻尼性能方面的研究主要集中在基础研究阶段，许多的研究者着眼于热处理对阻尼性能方面的研究，但其结果不甚理想。利用特殊的制备方法可以提高提高镁合金及其复合材料阻尼性能，因其制备工艺复杂和成本较高而无法达到实际应用。
经对现有技术的文献检索发现，R.Schaller在《Journal of Alloys andCompounds》(合金与化合物355(2003)131-135)发表的“Metal matrixcomposites，a smart choice for high damping materials”(金属基复合材料是高阻尼材料明智的选择)一文，该文利用定向凝固的方法制备Mg2Si/Mg复合材料。该文提出Si是有利于提高镁合金阻尼性能的最有潜力的元素之一，该复合材料具有高的阻尼能力和机械性能。但因该法操作复杂而难以在工业中应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有制备阻尼镁合金技术中的不足，提供一种Mg2Si/Mg-9Al-Y高阻尼结构复合材料的制备方法，使其制备出的复合材料具有较好的阻尼性能和力学性能的组合，同时制备方法简单易操作，扩大了镁合金及其复合材料在汽车工业的应用。
本发明是通过以下的技术方案实现的，本发明所述的高阻尼镁基复合材料的各组分及重量百分比为：6-10％Al，1-5％Si，0.4-1％Y，0.1-0.8％RE，0.5-0.6％Sb，杂质元素Fe、Ni、Na、K总含量小于0.1％，其余为Mg，制备步骤如下：
(1)在10vol.％SF6+90vol.％CO2混合气体保护的条件下，将纯镁和纯铝完全溶化，本步骤熔体温度保持在700-740℃之间。
(2)分别加入Al-20Si、Mg-17Y和Al-10RE中间合金，熔化后进行搅拌。
(3)最后加入于200℃烘箱中烘干水分的金属锑，用铝箔包好后用钟罩迅速压入液面以下约半分钟后提起。将温度升至750℃对合金液进行精炼并静置20分钟，最后捞去表面的浮渣后浇铸于金属模具中。
本发明镁锭的熔化温度选择高于其熔点50℃左右，过高会导致严重的氧化。而且使用的纯镁锭和铝锭必须具有尽可能高的纯度。本发明中使用Al-20Si中间合金，配制中间合金过程中使用的纯硅应在保护气氛下长时间烘干水分。Al-20Si中间合金加入后加以搅拌可以促进硅的均匀化，搅拌速度不宜过快防止促进熔体的氧化，一般控制在200～800r/min范围内，搅拌时间为10～30min。另外锑的加入量控制到0.4～0.6wt.％范围内可以达到最好的细化效果。所使用的浇注模具可以是普通碳刚模具或铜模。
本发明以Mg-9Al为基体，添加一定量的Si通过原位反应生成一种含Mg2Si强化相，同时添加少量的Y和RE元素通过铸造方法制备高阻尼镁基复合材料。考虑到镁合金中粗大汉字状的Mg2Si影响力学性能，采用少量的Sb变质处理细化Mg2Si相，以此可以获得力学性能和阻尼性能兼顾的结构功能一体化的材料。
与现有技术相比，本发明方法通过制备铸造Mg2Si增强镁铝基复合材料具有较好的阻尼性能和力学性能的组合，同时制备方法简单易操作。Mg2Si颗粒与镁基体热膨胀系数相差很大，使得界面产生热不匹配，从而在其附近形成高的残余应力，甚至大于基体材料的屈服强度，因此产生塑性变形，消耗振动能量。高的残余应力引起新的位错增殖等一系列的优点为高阻尼的材料奠定了理论基础。同时居多的文献报道过Si的添加可以提高镁合金的高温抗力。因此本发明制备了高阻尼的结构功能一体化复合材料，即具有好的热抗力和高的减振能力组合，其室温和100℃下的阻尼能力较AZ91提高近50％，适合其在汽车、摩托车和电子行业的应用。
具体实施方式
以下通过具体的三个实施实例对本发明的技术方案和效果做进一步的描述。
实施例1
在气体保护的条件下，待纯镁和纯铝在700℃完全溶化后加入1.0wt.％Si，0.6wt.％Y和0.3％RE，Si、Y和RE和分别以Al-20Si，Mg-17Y和Al-10RE中间合金的形式加入，待溶化后搅拌30min，搅拌速度为200r/min。最后加入工业纯锑，锑的加入量为0.5wt.％。加入方法：先将金属锑用铝箔包好后于200℃烘箱中烘干水分，用钟罩迅速压入液面以下保温约10分钟后，将温度升至750℃对合金液进行精炼后静置20分钟后，捞去表面的浮渣后浇铸于金属模具中。将所得的复合材料线切割成40×5×1mm3，通过DMTA测量材料在应变振幅为10-6到10-4范围内阻尼值Tanφ，结果见下表中。
实施例2
在气体保护的条件下，待纯镁和纯铝在720℃完全溶化后加入2.0wt.％Si，0.7wt.％Y和0.3％RE，Si、Y和RE和分别以Al-20Si，Mg-17Y和Al-10RE中间合金的形式加入，待溶化后搅拌30min，搅拌速度为600r/min。最后加入工业纯锑，锑的加入量为0.5wt.％。加入方法：先将金属锑用铝箔包好后于200℃烘箱中烘干水分，用钟罩迅速压入液面以下保温约15分钟后，将温度升至750℃对合金液进行精炼后静置20分钟后，捞去表面的浮渣后浇铸于金属模具中。将所得的复合材料线切割成40×5×1mm3，通过DMTA测量材料在应变振幅为10-6到10-4范围内阻尼值，结果见下表中。
实施例3
在气体保护的条件下，待纯镁和纯铝在740℃完全溶化后加入3.0wt.％Si，0.8wt.％Y和0.3％RE，Si、Y和RE和分别以Al-20Si，Mg-17Y和Al-10RE中间合金的形式加入，待溶化后搅拌30min，搅拌速度为800r/min。最后加入工业纯锑，锑的加入量为0.5wt.％。加入方法：先将金属锑用铝箔包好后于200℃烘箱中烘干水分，用钟罩迅速压入液面以下保温约20半分钟后，将温度升至750℃对合金液进行精炼后静置20分钟后，捞去表面的浮渣后浇铸于铜模中。将所得的复合材料线切割成40×5×1mm3，通过DMTA测量材料在应变振幅为10-6到10-4范围内的阻尼值，结果见下表中。
  Tanφ(×103)室温   Tanφ(×103)100℃   σb(Mpa)150℃
  AZ91   1.7～25   1.0～20   150
  实例1   3.7～31   6.0～30   164
  实例2   5.3～50   8.0～50   170
  实例3   6.8～45   9.0～55   195

Claims (8)

1、一种Mg2Si/Mg-9Al-Y高阻尼复合材料的制备方法，其特征在于，所述的高阻尼镁基复合材料的各组分及重量百分比为：6-10％Al，1-5％Si，0.4-1％Y，0.1-0.8％RE，0.5-0.6％Sb，杂质元素Fe、Ni、Na、K总含量小于0.1％，其余为Mg，制备步骤如下：
(1)在气体保护的条件下，将纯镁和纯铝完全溶化；
(2)分别加入Al-20Si、Mg-17Y和Al-10RE中间合金，熔化后进行搅拌；
(3)最后加入于200℃烘箱中烘干水分的金属锑，用铝箔包好后用钟罩迅速压入液面以下半分钟后提起，升温对合金液进行精炼并静置，最后捞去表面的浮渣后浇铸于金属模具中。
2、根据权利要求1所述的Mg2Si/Mg-9Al-Y高阻尼复合材料的制备方法，其特征是，步骤(1)中，所述的气体保护，是指：10vol.％SF6+90vol.％CO2混合气体保护的条件下。
3、根据权利要求1或者2所述的Mg2Si/Mg-9Al-Y高阻尼复合材料的制备方法，其特征是，步骤(1)中，熔体温度保持在700-740℃之间。
4、根据权利要求1所述的Mg2Si/Mg-9Al-Y高阻尼复合材料的制备方法，其特征是，步骤(2)中，搅拌速度控制在200～800r/min范围内，搅拌时间为10～30min。
5、根据权利要求1所述的Mg2Si/Mg-9Al-Y高阻尼复合材料的制备方法，其特征是，步骤(3)中，金属锑的加入量控制到0.4～0.6wt.％范围。
6、根据权利要求1或者5所述的Mg2Si/Mg-9Al-Y高阻尼复合材料的制备方法，其特征是，步骤(3)中，加入金属锑后，保温10-20分钟。
7、根据权利要求1或者5所述的Mg2Si/Mg-9Al-Y高阻尼复合材料的制备方法，其特征是，步骤(3)中，将温度升至750℃对合金液进行精炼并静置20分钟。
8、根据权利要求1或者5所述的Mg2Si/Mg-9Al-Y高阻尼复合材料的制备方法，其特征是，步骤(3)中，所使用的浇注模具是碳刚模具或铜模。
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