專利名稱：一種Mg-Si高阻尼合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Mg-Si高阻尼合金的制備方法，屬于材料制造領(lǐng)域。
技術(shù)背景隨著現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展，振動(dòng)和噪聲帶來的問題日益突出，高阻尼材料的應(yīng)用 可以減少構(gòu)件的附加阻尼設(shè)計(jì)，從而降低成本和提高性能。鎂合金作為最輕的金屬結(jié) 構(gòu)材料，由于具有密度低、比強(qiáng)度高、比模量高和阻尼性能高等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多地 應(yīng)用到航空、航天、汽車以及電子等領(lǐng)域。Mg-Si合金是一種具有較高阻尼性能的高阻尼鎂合金，然而傳統(tǒng)Mg-Si合金均為 低Si鑄造Mg合金，合金阻尼性能及力學(xué)性能均有限，限制了其作為結(jié)構(gòu)材料的使用。 而在高Si鎂合金中，初生Mg2Si相通常呈現(xiàn)為粗大樹枝狀形貌，Mg2Si相的這種形態(tài)， 不僅影響合金的鑄造性能，而且嚴(yán)重割裂了基體，使制備材料的力學(xué)性能下降。發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種Mg-Si高阻尼合金的制備方法，技術(shù)方案一種Mg-Si高阻尼合金的制備方法，其特征在于以Mg-Si 二元合金為基礎(chǔ)，其 中Si元素含量為5 6wt.% Si，余量為Mg; Si以Mg-10 wt.%Si的中間合金形式加 入，則中間合金含量為50 60 wt.%， Mg則采用工業(yè)純鎂；所述的wt為質(zhì)量分?jǐn)?shù)； 具體步驟如下步驟l:將坩堝預(yù)熱到25(TC，在坩堝內(nèi)壁刷鎂合金熔煉通用的坩堝涂料； 步驟2:將坩堝加熱到300°C ，將工業(yè)純Mg加入坩堝并開始通入CO2+0.5vol %SF6 混合氣體進(jìn)行保護(hù)；步驟3:繼續(xù)升溫至鎂完全熔化后，于730。C加入Mg-10 wt /。Si中間合金； 步驟4:繼續(xù)升溫至78(TC，保溫并攪拌使中間合金充分熔化；步驟5:降溫至75(TC，以0.5wt。/。的C2Cl6作為精煉劑精煉3分鐘，再通入經(jīng)充 分干燥的Ar氣吹洗3-6分鐘；步驟6:靜置20分鐘，并將溫度降至72(TC，在預(yù)熱至30(TC的石墨型中澆鑄成 050mm的鑄錠；步驟7:將鑄錠車削去表皮，機(jī)加工成049.5醒X2Omm和049.5mmX6Omm的 棒料；步驟8:將往復(fù)擠壓模具合模后，在兩端的擠壓桶中分別裝入049.5mmX2Omm 和049.5mmX6Omm的棒料，在30(TC、 7MPa下用兩個(gè)陽(yáng)模在兩端加壓進(jìn)行預(yù)擠壓， 并保壓30min;步驟9:將模具固定于模具翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，在320 36(TC，用壓力機(jī)壓下U型擠壓 桿，然后取下U型擠壓桿，翻轉(zhuǎn)模具，重新再放上U型擠壓桿重復(fù)上述擠壓過程，完 成4道次的往復(fù)擠壓，擠壓壓力為7 10MPa，擠壓比為12.76: 1;步驟10:待模具冷卻后，開模并取出被擠壓的Mg-Si合金。所述的鎂合金熔煉通用的坩堝涂料采用20 wt,/。白堊粉、4 wt,/。水玻璃和余量為水 混合的涂料。有益效果本發(fā)明提出的一種Mg-Si高阻尼合金的制備方法，采用往復(fù)擠壓(Reciprocating Extrusion, RE)是大塑性變形方式的一種，是細(xì)化晶粒的有效手段之一，且能夠使增強(qiáng) 顆粒在基體上更加均勻分布，顯著消除材料內(nèi)部的孔隙等缺陷，降低復(fù)合材料中空隙 和增強(qiáng)相的團(tuán)聚對(duì)材料的割裂作用，減小裂紋產(chǎn)生傾向。


圖l:經(jīng)往復(fù)擠壓后合金與振幅無關(guān)的阻尼性能 圖2:往復(fù)擠壓過程中Mg-Si合金的顯微組織變化 (a)鑄態(tài)；(b)擠壓后 圖3: Mg-Si合金拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線具體實(shí)施方式
4現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述 實(shí)施例一本實(shí)施例是在含Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的Mg-Si 二元鎂合金中構(gòu)成一種高阻尼的鎂合金。Si以Mg-10 wt.%Si的中間合金形式加入。該合金的制備方法為第一步，將坩堝預(yù)熱到25(TC，刷通用鎂合金熔煉用坩堝涂料；所述的鎂合金熔 煉通用的坩堝涂料采用20wt,/。白堊粉、4 wt,/。水玻璃和余量為水混合的涂料；第二步，將坩堝加熱到300°C ，將工業(yè)純Mg加入坩堝并開始通入CO2+0.5vol %SF6 混合氣體進(jìn)行保護(hù)；第三步，繼續(xù)升溫至鎂完全熔化后，于73(TC加入Mg-Si中間合金； 第四步，繼續(xù)升溫至78(TC，保溫并攪拌使中間合金充分熔化； 第五步，用0.5wtn/。C2Cl6進(jìn)行精煉處理，再通入經(jīng)充分干燥的Ar氣吹洗3-6分鐘， 以促使熔渣的上浮和下沉；第六步，精煉后靜置20分鐘，并將溫度降至720。C，澆入預(yù)熱至30(TC石墨型中 成型。合金的整個(gè)熔煉澆鑄過程均在CO2+0.5vo"/。SF6的保護(hù)氣氛下進(jìn)行；第七步，將往復(fù)擠壓模具合模后，在兩端的擠壓桶中分別裝入經(jīng)機(jī)加工成 049.5mmX2Omm和049.5mmX6Omm的棒料，在300°C、 7MPa下用兩個(gè)陽(yáng)模在兩端 加壓進(jìn)行預(yù)擠壓，使試樣充滿型腔，并保壓30min，消除合金中的氣孔、縮松缺陷； 第八步，將模具固定于模具翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，準(zhǔn)備進(jìn)行往復(fù)擠壓； 第九步，在36(TC，用壓力機(jī)壓下U型擠壓桿，然后取下U巻'擠壓桿，翻轉(zhuǎn)模具， 重新再放上U型擠壓桿重復(fù)上述擠壓過程，完成4道次的往復(fù)擠壓，實(shí)現(xiàn)Mg-Si合金 材料同時(shí)擠壓和鐓粗的往復(fù)式擠壓，擠壓壓力為7MPa，擠壓比為12.76: 1，擠壓速度 為20mm/min;第十步，待模具冷卻后，開模并取出被擠壓Mg-Si合金。對(duì)該成分的合金試樣進(jìn)行力學(xué)性能、阻尼性能進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該新型合 金室溫抗拉強(qiáng)度為153MPa，延伸率為11.3%。在位移振幅為40^mi，振動(dòng)頻率為1Hz條件下，其室溫阻尼性能tan-為0.024。 實(shí)施例二本實(shí)施例是在含Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的Mg-Si 二元鎂合金中構(gòu)成一種高阻尼的鎂合 金。Si以Mg-10 wt.%Si的中間合金形式加入。 該合金的制備方法為第一步，將坩堝預(yù)熱到25(TC，刷通用鎂合金熔煉用坩堝涂料；所述的鎂合金熔 煉通用的坩堝涂料采用20 wt /。白堊粉、4 wt /。水玻璃和余量為水混合的涂料。第二步，將坩堝加熱到300°C ，將工業(yè)純Mg加入坩堝并開始通入CO2+0.5vol %SF6 混合氣體進(jìn)行保護(hù)；第三步，繼續(xù)升溫至鎂完全熔化后，于730。C加入Mg-Si中間合金；第四步，繼續(xù)升溫至78(TC，保溫并攪拌使中間合金充分熔化；第五步，用0.5wt。/。C2Cl6進(jìn)行精煉處理，再通入經(jīng)充分干燥的Ar氣吹洗3-6分鐘， 以促使熔渣的上浮和下沉；第六步，精煉后靜置20分鐘，并將溫度降至72(TC，澆入預(yù)熱至30(TC石墨型中 成型。合金的整個(gè)熔煉澆鑄過程均在CO2+0.5vol.%SF6的保護(hù)氣氛下進(jìn)行；第七步，將往復(fù)擠壓模具合模后，在兩端的擠壓桶中分別裝入經(jīng)機(jī)加工成 049.5mmX2Omm和049.5mmX6Omm的棒料，在300°C、 7MPa下用兩個(gè)陽(yáng)模在兩端 加壓進(jìn)行預(yù)擠壓，使試樣充滿型腔，并保壓30min，消除合金中的氣孔、縮松缺陷；第八步，將模具固定于模具翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，準(zhǔn)備進(jìn)行往復(fù)擠壓；第九步，在32(TC，用壓力機(jī)壓下U型擠壓桿，然后取下U型擠壓桿，翻轉(zhuǎn)模具， 重新再放上U型擠壓桿重復(fù)上述擠壓過程，完成4道次的往復(fù)擠壓，實(shí)現(xiàn)Mg-Si合金 材料同時(shí)擠壓和鐓粗的往復(fù)式擠壓，擠壓壓力為lOMPa，擠壓比為12.76: 1;第十步，待模具冷卻后，開模并取出被擠壓Mg-Si合金。對(duì)該成分的合金試樣進(jìn)行力學(xué)性能、阻尼性能及耐蝕性能進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表 明該新型合金室溫抗拉強(qiáng)度為167MPa，延伸率為10.8%。在位移振幅為40pm，振動(dòng)Si 二元鎂合金中構(gòu)戊一種高阻尼的鎂合 金。Si以Mg-10 wt.%Si的中間合金形式加入。 該合金的制備方法為第一步，將坩堝預(yù)熱到250°C，刷通用鎂合金熔煉用坩堝涂料；所述的鎂合金熔 煉通用的坩堝涂料采用20 wt。/。白堊粉、4 wt,/。水玻璃和余量為水混合的涂料。第二步，將坩堝加熱到300°C ，將工業(yè)純Mg加入坩堝并開始通入CO2+0.5vol %SF6 混合氣體進(jìn)行保護(hù)；第三步，繼續(xù)升溫至鎂完全熔化后，于73(TC加入Mg-Si中間合金；第四步，繼續(xù)升溫至78(TC，保溫并攪拌使中間合金充分熔化；第五步，用0.5wt。/。C2Cl6進(jìn)行精煉處理，再通入經(jīng)充分干燥的Ar氣吹洗3-6分鐘， 以促使熔渣的上浮和下沉；第六步，精煉后靜置20分鐘，并將溫度降至72(TC，澆入預(yù)熱至30(TC石墨型中 成型。合金的整個(gè)熔煉澆鑄過程均在CO2+0.5vol.%SF6的保護(hù)氣氛下進(jìn)行；第七步，將往復(fù)擠壓模具合模后，在兩端的擠壓桶中分別裝入經(jīng)機(jī)加工成 049.5mmX2Omm和049.5mmX6Omm的棒料，在300°C、 7MPa下用兩個(gè)陽(yáng)模在兩端 加壓進(jìn)行預(yù)擠壓，使試樣充滿型腔，并保壓30min，消除合金中的氣孔、縮松缺陷；第八步，將模具固定于模具翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，準(zhǔn)備進(jìn)行往復(fù)擠壓-，第九步，在34(TC，用壓力機(jī)壓下U型擠壓桿，然后取下U型擠壓桿，翻轉(zhuǎn)模具， 重新再放上U型擠壓桿重復(fù)上述擠壓過程，完成4道次的往復(fù)擠壓，實(shí)現(xiàn)Mg-Si合金 材料同時(shí)擠壓和鐓粗的往復(fù)式擠壓，擠壓壓力為9MPa，擠壓比為12.76: 1;第十步，待模具冷卻后，開模并取出被擠壓Mg-Si合金。對(duì)該成分的合金試樣進(jìn)行力學(xué)性能、阻尼性能進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該新型合 金室溫抗拉強(qiáng)度為143MPa，延伸率為12.9%。在位移振幅為40(im，振動(dòng)頻率為1Hz條件下，其室溫阻尼性能tan^為0.019。 根據(jù)附圖分析可知Mg-(5 6) wt.% Si合金的凝固組織為a-Mg+初生Mg2Si相+共晶組織，Si是一種 偏析嚴(yán)重的元素，在凝固過程中，由于冷卻速度較快，合金在非平衡條件下發(fā)生凝固， Si在Mg中幾乎不固溶，常常富集于凝固界面前沿，造成成分過冷，因此亞共晶成分 組織中，也觀察到初生Mg2Si的生成。隨著Si含量的增加，初生Mg2Si首先從液相析 出，并造成Mg2Si周圍Si含量迅速降低至亞共晶成分，從而形成了a-Mg組織，剩下 的熔體達(dá)到共晶成分點(diǎn)后，立即以共晶組織的形式凝固。在c-I.Ig基體原位生成的 Mg2Si相可對(duì)鎂基體進(jìn)行有效的增強(qiáng)，從而使制備的合金具有較高的綜合性能。而Si 在Mg中幾乎不固溶，因此a-Mg基體中無固溶原子釘扎位錯(cuò)是Mg-Si合金具有高阻 尼的主要原因。如圖1所示，經(jīng)往復(fù)擠壓后，合金與振幅無關(guān)的阻尼性能略有下降， 但仍比AZ91合金的阻尼值高很多，而與往復(fù)擠壓前后與振幅相關(guān)的阻尼性能基本不 變。鑄態(tài)組織中初生的Mg2Si相呈現(xiàn)為粗大的樹枝狀，且分布極不均勻，而漢字狀的 共晶Mg2Si相長(zhǎng)成連續(xù)的網(wǎng)狀，嚴(yán)重的割裂基體，成為裂紋產(chǎn)生源，對(duì)力學(xué)性能不利， 如圖2(a)所示。往復(fù)擠壓對(duì)Mg2Si相有較好的破碎作用，粗大的W枝狀Mg2Si相被剪 切破碎為細(xì)小塊狀顆粒，呈不同尺寸的塊狀分布于基體組織中，Mg2Si漢字狀共晶和 a-Mg基體相也得到了細(xì)化，如圖2(b)所示。往復(fù)擠壓后，合金晶粒明顯細(xì)化，細(xì)晶強(qiáng) 化作用顯著。同時(shí)共晶Mg2Si相在往復(fù)擠壓中過程中容易斷裂細(xì)化，得到微小的彌散 顆粒，能起到一定的彌散強(qiáng)化作用。另外，Mg2Si顆粒的細(xì)化，削弱了對(duì)基體的割裂 作用，減小裂紋產(chǎn)生傾向，增強(qiáng)了材料的室溫力學(xué)性能，并有效地提高了材料的延伸 率，如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種Mg-Si高阻尼合金的制備方法，其特征在于以Mg-Si二元合金為基礎(chǔ)，其中Si元素含量為5～6wt.％Si，余量為Mg；Si以Mg-10wt.％Si的中間合金形式加入，則中間合金含量為50～60wt.％，Mg則采用工業(yè)純鎂；所述的wt為質(zhì)量分?jǐn)?shù)；具體步驟如下步驟1將坩堝預(yù)熱到250℃，在坩堝內(nèi)壁刷鎂合金熔煉通用的坩堝涂料；步驟2將坩堝加熱到300℃，將工業(yè)純Mg加入坩堝并開始通入CO2+0.5vol％SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)；步驟3繼續(xù)升溫至鎂完全熔化后，于730℃加入Mg-10wt.％Si中間合金；步驟4繼續(xù)升溫至780℃，保溫并攪拌使中間合金充分熔化；步驟5降溫至750℃，以0.5wt.％的C2Cl6作為精煉劑精煉3分鐘，再通入經(jīng)充分干燥的Ar氣吹洗3-6分鐘；步驟6靜置20分鐘，并將溫度降至720℃，在預(yù)熱至300℃的石墨型中澆鑄成 id="icf0001" file="A2009100238430002C1.tif" wi="15" he="3" top= "148" left = "18" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的鑄錠；步驟7將鑄錠車削去表皮，機(jī)加工成 id="icf0002" file="A2009100238430002C2.tif" wi="35" he="3" top= "157" left = "107" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>和 id="icf0003" file="A2009100238430002C3.tif" wi="35" he="3" top= "157" left = "149" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的棒料；步驟8將往復(fù)擠壓模具合模后，在兩端的擠壓桶中分別裝入 id="icf0004" file="A2009100238430002C4.tif" wi="35" he="3" top= "177" left = "155" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>和 id="icf0005" file="A2009100238430002C5.tif" wi="35" he="3" top= "187" left = "24" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的棒料，在300℃、7MPa下用兩個(gè)陽(yáng)模在兩端加壓進(jìn)行預(yù)擠壓，并保壓30min；步驟9將模具固定于模具翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，在320～360℃，用壓力機(jī)壓下U型擠壓桿，然后取下U型擠壓桿，翻轉(zhuǎn)模具，重新再放上U型擠壓桿重復(fù)上述擠壓過程，完成4道次的往復(fù)擠壓，擠壓壓力為7～10MPa，擠壓比為12.76∶1；步驟10待模具冷卻后，開模并取出被擠壓的Mg-Si合金。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mg-Si高阻尼合金的制備方法，其特征在于所述的鎂合 金熔煉通用的坩堝涂料采用20 wt /。白堊粉、4 wt,/。水玻璃私余量為水混合的涂料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Mg-Si高阻尼合金的制備方法，其特征在于以Mg-Si二元合金為基礎(chǔ)熔煉，其中Si元素含量為5～6wt.％Si，余量為Mg；Si以Mg-10wt.％Si的中間合金形式加入，則中間合金含量為50～60wt.％，Mg則采用工業(yè)純鎂；采用往復(fù)擠壓(Reciprocating Extrusion，RE)是大塑性變形方式的一種，是細(xì)化晶粒的有效手段之一，且能夠使增強(qiáng)顆粒在基體上更加均勻分布，顯著消除材料內(nèi)部的孔隙等缺陷，降低復(fù)合材料中空隙和增強(qiáng)相的團(tuán)聚對(duì)材料的割裂作用，減小裂紋產(chǎn)生傾向。
文檔編號(hào)C22C23/00GK101649408SQ20091002384
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者楊根倉(cāng), 楊長(zhǎng)林, 王錦程, 賴云亭 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)