專利名稱：細(xì)晶銅纖維浮石鎂合金復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種高阻尼細(xì)晶銅纖維浮石鎂合金復(fù)合材料及其 制備方法。
背景技術(shù)：
目前金屬材料領(lǐng)域中，對纖維對鎂的阻尼作用受到了重視。CN200510027321. 1涉及一種屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的提高纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材 料阻尼性能的方法，包括以下步驟(1)去除碳或石墨纖維表面的膠層；(2)化學(xué)氣相沉積 熱解碳涂層采用含碳量高的烷氣作為熱解氣體，高溫分解產(chǎn)生的碳在脫膠后的碳或石墨 纖維表面沉積制得單質(zhì)熱解碳涂層，獲得碳涂層厚度從0. 1到幾百微米；(3)在制備好表面 有熱解碳涂層的碳或石墨纖維后，進(jìn)行與純鎂或鎂合金的液態(tài)壓力浸漬復(fù)合制備鎂基復(fù)合 材料。該發(fā)明以碳或石墨纖維為增強(qiáng)體，以純鎂或鎂合金為基體，通過在碳或石墨纖維表面 化學(xué)氣相沉積熱解碳來得到特殊的界面層，雖然制備的鎂基復(fù)合材料其阻尼性能比未涂層 的顯著提高，可達(dá)到0.01的高阻尼范圍，但是大大破壞了碳或石墨纖維，材料的力學(xué)性能 因此受到破壞，并且工藝較為復(fù)雜。CN200910191481. 8 一種具有優(yōu)良阻尼特性的短碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備 方法，它包括以下步驟(1)去除短碳纖維表面的有機(jī)膠層；(2)化學(xué)鍍沉積金屬鎳涂層，在 堿性條件下通過控制沉積時(shí)間來得到需要厚度的涂層；(3)在制備好表面鍍有金屬鎳涂層 的短碳纖維后，采用粉末冶金法即可制備得到具有優(yōu)良阻尼特性的短碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合 材料。該發(fā)明將3 20%體積百分?jǐn)?shù)的化學(xué)鍍鎳短碳纖維加入到鎂基體中，雖然強(qiáng)化了基 體并賦予其更為優(yōu)良的阻尼性能，其阻尼性能具有比純鎂更優(yōu)良的阻尼性能，可達(dá)到0. 015 的高阻尼范圍，但是工藝更為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述技術(shù)缺陷，提供一種輕質(zhì)細(xì)晶銅纖維浮石鎂合金復(fù)合 材料，該復(fù)合材料強(qiáng)度高，并且具有優(yōu)越的阻尼性能。本發(fā)明的另一目的是提供納米晶細(xì)晶銅纖維增強(qiáng)鎂合金塊體復(fù)合材料的制備方 法，該制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種細(xì)晶銅纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料，該復(fù)合材料以鎂合金為基體，在基體 上分布著細(xì)晶銅纖維和浮石微粒，細(xì)晶銅纖維的晶粒為I-IOym ；細(xì)晶銅纖維和浮石二者 占復(fù)合材料的體積百分比為45%-55%，其中纖維和浮石的重量比為1 1;該鎂合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量A1為4% 8%，Zn為20Z0 4%，Sn 為 0. 5% -1%，Pr 為 0. 05% 0. 15%, Nd 為 0. 003% -0. 09%, Dy 為 0. 003% -0. 09%，其 余為Mg;細(xì)晶銅纖維的化學(xué)成分的重量百分含量A1為6% 8%，V為0. 5% 1%，Ζη為
320% 25%，Pr 為 0. 05% 0. 15%, Nd 為 0. 003% -0. 09%, Dy 為 0. 003% -0. 09%，其余 為Cu。本發(fā)明細(xì)晶銅纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它包括以 下步驟細(xì)晶銅纖維的準(zhǔn)備按重量百分含量Al為6% 8%，V為0.5% 1%，Zn為 20 % 25 %，Pr 為 0. 05 % 0. 15 %，Nd 為 0. 003 % -0. 09 %，Dy 為 0. 003 % -0. 09 %， 其余為Cu進(jìn)行配料，將原料置于帶有加熱裝置的升液管內(nèi)熔化而形成合金液，加熱溫度 1150-1200°C，合金液通過升液管與旋轉(zhuǎn)的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣接觸，水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸 緣將合金液拽出，形成細(xì)晶銅纖維，轉(zhuǎn)輪凸緣的線速度為22-24m/s，細(xì)晶銅纖維的直徑為 10-45 μ m;然后將長徑比為8-10 1的細(xì)晶銅纖維放于一個(gè)可加熱的容器中，再將粒度 為100-500 μ m的浮石也放入，攪拌10-15min，其中細(xì)晶銅纖維和浮石的體積比為1 1， 接著加入硅溶膠，硅溶膠的加入量是細(xì)晶銅纖維和浮石混合體總重量的1_2%，繼續(xù)攪拌 10-15min，然后容器加熱到150-200°C，保溫30min后從容器中取出自然冷卻，便得到細(xì)晶 銅纖維浮石預(yù)制體，接著將銅基合金纖維和浮石的預(yù)制體置于有加熱裝置的底部通真空系 統(tǒng)的鋼制模具的空腔中，預(yù)制體占鋼制模具空腔體積的45-55%，開啟模具加熱裝置，控制 溫度為 450-550°C ；鎂合金液的準(zhǔn)備將重量百分含量為Al為4% 8%，Zn為2% 4%，Sn為 0. 5% -1%, Pr % 0. 05% 0. 15%, Nd 為 0. 003% -0. 09%, Dy 為 0. 003% -0. 09%，其余 為Mg的原料在680-720°C溫度下熔化成鎂合金液；開啟真空系統(tǒng)，控制上述鋼制模具內(nèi)的相對真空度為-20Kpa，將上述鎂合金液體 澆入鋼制模具內(nèi)細(xì)晶銅纖維浮石預(yù)制體的上面，并注滿鋼制模具，鎂合金液體在真空壓力 作用下滲入細(xì)晶銅纖維浮石預(yù)制體，關(guān)閉模具加熱裝置，并在鋼制模具內(nèi)冷卻凝固，形成細(xì) 晶銅纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下本發(fā)明的細(xì)晶銅纖維中的Al、V、Zn元素共同作用可保證銅合金液與旋轉(zhuǎn)的水冷 銅合金轉(zhuǎn)輪接觸時(shí)，能形成細(xì)晶組織。這是因?yàn)锳l、V、Zn聯(lián)合作用可加強(qiáng)合金凝固時(shí)的過 冷能力。Pr,Zn元素共同作用抑止銅合金中晶粒的長大。Pr、Zn和Cu可形成細(xì)小復(fù)雜化合 物，NcUDy可加強(qiáng)化合物彌散分布，因此可有效阻止晶粒的長大。鎂合金中Al、Zn、Pr、Nd、Dy元素和細(xì)晶銅纖維中的元素對應(yīng)，便于鎂合金浸滲制 備時(shí)，促進(jìn)鎂合金和銅纖維合金的元素交流，因此這些元素共同作用能促進(jìn)鎂合金和細(xì)晶 銅纖維良好的界面冶金結(jié)合。鎂合金中Nd、Sn用于協(xié)調(diào)鎂合金和細(xì)晶銅纖維的熱膨脹匹 配。鎂合金中Pr、Dy元素共同作用可有效改善鎂合金中Zn、Sn和鎂形成的化合物分布，提 高鎂合金本身的力學(xué)性能，形成鎂合金和細(xì)晶銅纖維組織和力學(xué)性能的匹配。鎂合金中Al、Sn同作用能促進(jìn)鎂合金和浮石良好的界面結(jié)合。本發(fā)明的合金性能見表1。合金制備工藝簡便，生產(chǎn)的復(fù)合材料具有一定強(qiáng)度，阻尼性能優(yōu)越，而且生產(chǎn)成本 低，非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。四

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制得的細(xì)晶銅纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料的金相組織。由圖1可以看到在鎂合金基體上分布有細(xì)晶銅纖維和浮石。
五具體實(shí)施例方式以下各實(shí)施例僅用作對本發(fā)明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。實(shí)施例一細(xì)晶銅纖維的準(zhǔn)備按重量百分含量Al為6%，V為0.5%，Zn為20%，Pr為 0. 05%, Nd % 0. 0039%，Dy 為 0. 003%，其余為 Cu 進(jìn)行配料；將原料置于帶有加熱裝置的升液管內(nèi)熔化而形成合金液，加熱溫度1150-1200°C。 該升液管下部套裝有柱塞，柱塞在動(dòng)力裝置帶動(dòng)下可沿升液管上、下移動(dòng)，柱塞上移時(shí)可將 升液管內(nèi)液面抬高，從而便于轉(zhuǎn)輪凸緣將合金液拽出，形成細(xì)晶銅纖維，轉(zhuǎn)輪采用輪緣有凸 緣的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪。合金液通過升液管與旋轉(zhuǎn)的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣接觸，水冷銅合金 轉(zhuǎn)輪凸緣將合金液拽出，形成細(xì)晶銅纖維，轉(zhuǎn)輪凸緣的線速度為22-24m/s，轉(zhuǎn)輪開轉(zhuǎn)前開啟 水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)進(jìn)水溫度小于30°C。細(xì)晶銅纖維的直徑為10-45μπι;然后(截取)將 長徑比為8-10 1的細(xì)晶銅纖維放于一個(gè)可加熱的容器中，再將粒度為100-500 μ m的浮 石也放入，攪拌10-15min，其中細(xì)晶銅纖維和浮石的體積比為1 1，接著加入硅溶膠，硅溶 膠的加入量是細(xì)晶銅纖維和浮石混合體總重量的1_2%，繼續(xù)攪拌10-15min，然后容器加 熱到150-200°C，保溫30min后從容器中取出自然冷卻，便得到細(xì)晶銅纖維浮石預(yù)制體，接 著將銅基合金纖維和浮石的預(yù)制體置于有加熱裝置的底部通真空系統(tǒng)的鋼制模具的空腔 中，預(yù)制體占鋼制模具空腔體積的50% (45% -55%均可，由此可控制細(xì)晶銅纖維和浮石占 復(fù)合材料的體積百分比45% -55% )，開啟模具加熱裝置，控制溫度為450-550°C ；浮石為含鋁、鉀、鈉的硅酸鹽，其具體成份Si02占65 % -75 %，A1203占 9% -12%，其余為 Ca0、Mg0 及 Fe203。鎂合金液的準(zhǔn)備將重量百分含量A1為4 %，Zn為2 %，Sn為0.5%，Pr為 0. 05%，Nd為0. 003%, Dy為0. 003%，其余為Mg進(jìn)行配料；開啟真空系統(tǒng)，控制上述鋼制 模具內(nèi)的相對真空度為_20Kpa，將上述鎂合金液體澆入鋼制模具內(nèi)細(xì)晶銅纖維浮石預(yù)制體 的上面，并注滿鋼制模具，鎂合金液體在真空壓力作用下滲入細(xì)晶銅纖維浮石預(yù)制體，關(guān)閉 模具加熱裝置，并在鋼制模具內(nèi)冷卻凝固，形成細(xì)晶銅纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料。實(shí)施例二 鎂合金基體按重量百分含量A1為8%，Zn為4%，Sn為1 %，Pr為0. 15%，Nd為 0. 09%, Dy 為 0. 09%，其余為 Mg。細(xì)晶銅纖維按重量百分含量A1為8%，V為1%，Zn為25%，Pr為0. 15%，Nd為 0. 09%, Dy 為 0. 09%，其余為 Cu。細(xì)晶銅纖維浮石預(yù)制體的制備中細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的體積比為1 1?？刂?細(xì)晶銅纖維和浮石占復(fù)合材料的體積百分比45 %。制備過程同實(shí)施例一。實(shí)施例三
鎂合金基體按重量百分含量A1為6 %，Zn為3 %，Sn為0. 8 %，Pr為0. 1 %，Nd為 0. 009%，Dy 為 0. 009%，其余為 Mg。細(xì)晶銅纖維按重量百分含量A1為7%，V為0. 8%，Zn為22%，Pr為0. 09%，Nd 為 0. 009%, Dy 為 0. 009%，其余為 Cu。細(xì)晶銅纖維浮石預(yù)制體的制備中細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的體積比為1 1?？刂?細(xì)晶銅纖維和浮石占復(fù)合材料的體積百分比55 %。制備過程同實(shí)施例一。實(shí)施例四(原料成份配比不在本發(fā)明配比范圍內(nèi)的實(shí)例)鎂合金基體按重量百分含量A1為3%，Zn為1%，Sn為0. 4%，Pr為0. 04%，Nd 為 0. 002%, Dy 為 0. 002%，其余為 Mg細(xì)晶銅纖維按重量百分含量A1為5%，V為0. 4%，Zn為18%，Pr為0. 04%，Nd 為 0. 002%, Dy 為 0. 002%，其余為 Cu。細(xì)晶銅纖維浮石預(yù)制體的制備中細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的體積比為1 1?？刂?細(xì)晶銅纖維和浮石占復(fù)合材料的體積百分比45 %。制備過程同實(shí)施例一。實(shí)施例五(原料成份配比不在本發(fā)明配比范圍內(nèi)的實(shí)例)鎂合金基體按重量百分含量A1為9 %，Zn為5 %，Sn為2 %，Pr為0. 16 %，Nd為 0. l%，Dy 為 0. 1%，其余為 Mg細(xì)晶銅纖維按重量百分含量A1為9 %，V為2 %，Zn為26 %，Pr為0. 16 %，Nd為 0. 1%，Dy 為 0. 1%，其余為 Cu。細(xì)晶銅纖維浮石預(yù)制體的制備中細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的體積比為1 1?？刂?細(xì)晶銅纖維和浮石占復(fù)合材料的體積百分比55 %。制備過程同實(shí)施例一。下表為不同成份與配比的合金性能對照表表 1 由上表可見，鎂合金中Al、Zn、Sn、Pr、Nd、Dy和細(xì)晶銅纖維的Al、V、Zn、Pr、Nd、Dy
含量在本申請范圍內(nèi)，復(fù)合材料具有良好的性能，如實(shí)施例一、實(shí)施例二和實(shí)施例三。細(xì)晶 銅纖維的這些元素超出本申請配比范圍，脆性化合物數(shù)量多，形成網(wǎng)狀，會(huì)明顯降低細(xì)晶銅 纖維力學(xué)性能。鎂合金中Al、Zn、Pr、Nd、Dy超出本申請配比范圍，鎂合金難以與細(xì)晶銅纖維進(jìn)行 良好的界面結(jié)合。鎂合金中Sn、Al超出本申請配比范圍，鎂合金難以與浮石進(jìn)行良好的界 面結(jié)合。因此會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料性能下降，還會(huì)大大影響阻尼性能，如實(shí)施例四和實(shí)施例五。
權(quán)利要求
一種細(xì)晶銅纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料，該復(fù)合材料以鎂合金為基體，在基體上分布著細(xì)晶銅纖維和浮石微粒，細(xì)晶銅纖維的晶粒為1-10μm；細(xì)晶銅纖維和浮石二者占復(fù)合材料的體積百分比為45％-55％，其中纖維和浮石的重量比為1∶1；該鎂合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量Al為4％～8％，Zn為2％～4％，Sn為0.5％-1％，Pr為0.05％～0.15％，Nd為0.003％-0.09％，Dy為0.003％-0.09％，其余為Mg；細(xì)晶銅纖維的化學(xué)成分的重量百分含量Al為6％～8％，V為0.5％～1％，Zn為20％～25％，Pr為0.05％～0.15％，Nd為0.003％-0.09％，Dy為0.003％-0.09％，其余為Cu。
2.一種細(xì)晶銅纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟細(xì)晶銅纖維的準(zhǔn)備按重量百分含量Al為6% 8%，V為0.5% 1%，Zn為20% 25%,Pr 為 0. 05% 0. 15%,Nd 為 0. 003% -0. 09%,Dy 為 0. 003% -0. 09%，其余為 Cu 進(jìn) 行配料，將原料置于帶有加熱裝置的升液管內(nèi)熔化而形成合金液，加熱溫度1150-120(TC， 合金液通過升液管與旋轉(zhuǎn)的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣接觸，水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣將合金液拽 出，形成細(xì)晶銅纖維，轉(zhuǎn)輪凸緣的線速度為22-24m/s，細(xì)晶銅纖維的直徑為10-45 μ m ；然后 將長徑比為8-10 1的細(xì)晶銅纖維放于一個(gè)可加熱的容器中，再將粒度為100-500μπι的 浮石也放入，攪拌10-15min，其中細(xì)晶銅纖維和浮石的體積比為1 1，接著加入硅溶膠，硅 溶膠的加入量是細(xì)晶銅纖維和浮石混合體總重量的1_2%，繼續(xù)攪拌10-15min，然后容器 加熱到150-200°C，保溫30min后從容器中取出自然冷卻，便得到細(xì)晶銅纖維浮石預(yù)制體， 接著將銅基合金纖維和浮石的預(yù)制體置于有加熱裝置的底部通真空系統(tǒng)的鋼制模具的空 腔中，預(yù)制體占鋼制模具空腔體積的45-55%，開啟模具加熱裝置，控制溫度為450-550°C ；鎂合金液的準(zhǔn)備將重量百分含量為Al為4% 8 %，Zn為2% 4%，Sn為 0. 5% -1%, Pr 為 0. 05% 0. 15%, Nd 為 0. 003% -0. 09%, Dy 為 0. 003% -0. 09%，其余 為Mg的原料在680-720°C溫度下熔化成鎂合金液；開啟真空系統(tǒng)，控制上述鋼制模具內(nèi)的相對真空度為_20Kpa，將上述鎂合金液體澆入 鋼制模具內(nèi)細(xì)晶銅纖維浮石預(yù)制體的上面，并注滿鋼制模具，鎂合金液體在真空壓力作用 下滲入細(xì)晶銅纖維浮石預(yù)制體，關(guān)閉模具加熱裝置，并在鋼制模具內(nèi)冷卻凝固，形成細(xì)晶銅 纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種輕質(zhì)細(xì)晶銅纖維浮石鎂合金復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料強(qiáng)度高，并且具有優(yōu)越的阻尼性能。該方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。該復(fù)合材料以鎂合金為基體，在基體上分布著細(xì)晶銅纖維和浮石微粒，細(xì)晶銅纖維的晶粒為1-10μm；細(xì)晶銅纖維和浮石二者占復(fù)合材料的體積百分比為45％-55％，其中纖維和浮石的重量比為1∶1；該鎂合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量Al為4％～8％，Zn為2％～4，Sn為0.5％-1％，Pr為0.05％～0.15％，Nd為0.003％-0.09％，Dy為0.003％-0.09％，其余為Mg。
文檔編號(hào)C22C47/08GK101886200SQ20101022044
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者王玲, 裴必龍, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學(xué)