含錫酸鉍的高阻尼鎂基復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含錫酸鉍的高阻尼鎂基復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，上至航空飛行器的設(shè)計(jì)和制造，下至民用汽車的使用，人們對(duì)振動(dòng)與噪聲的控制都提出了更高的要求，為了滿足這個(gè)要求，需要研宄和設(shè)計(jì)出具有更高阻尼性能的材料。純鎂是一種理想的高阻尼、低密度材料。與其他金屬材料相比，鎂的密度最低，僅為1.78g/ cm3，阻尼性能最好，當(dāng)應(yīng)變振幅為10_4時(shí)，阻尼值達(dá)到0.1lo為了充分利用鎂的高阻尼、低密度的特性，人們嘗試在鎂基體中添加一種或多種增強(qiáng)體來獲得高阻尼、低密度的理想功能-結(jié)構(gòu)材料。
[0003]鎂基復(fù)合材料的典型組織為增強(qiáng)相分布在基體合金中，與基體合金相比，增強(qiáng)相的加入與基體形成了大量的界面，同時(shí)伴有高密度位錯(cuò)纏結(jié)，這是復(fù)合材料最明顯的組織特征。界面及近界面區(qū)對(duì)復(fù)合材料的各項(xiàng)性能有重要影響，由于增強(qiáng)相與基體合金間熱膨脹系數(shù)不匹配，在復(fù)合材料制備冷卻過程中，將會(huì)在界面處產(chǎn)生熱錯(cuò)配殘余應(yīng)力，引起基體發(fā)生塑性流變，產(chǎn)生高密度位錯(cuò)，是高阻尼性能(位錯(cuò)釘扎與脫扎)的基礎(chǔ)，這些高密度位錯(cuò)纏結(jié)是鎂基復(fù)合材料的另一個(gè)組織特點(diǎn)。Bi2O3CSnO2是一種壓電陶瓷材料，它的某些電介質(zhì)晶體可以通過純粹的機(jī)械作用而發(fā)生極化，導(dǎo)致介質(zhì)兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷，能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換，引起的材料表面電荷產(chǎn)生壓電效應(yīng)。Bi203*2Sn02/AZ91鎂基復(fù)合材料存在著多種能量轉(zhuǎn)化機(jī)制:復(fù)合材料中位錯(cuò)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)將消耗部分機(jī)械能；復(fù)合材料中的界面滑移可以損耗部分機(jī)械能；壓電陶瓷將部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，電能再通過導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為熱能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有鎂合金阻尼較低以及增強(qiáng)相在基體中分布不均勻的問題，提供一種具有良好的阻尼性能的鎂基復(fù)合材料。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種含錫酸鉍(Bi2O3CSnO2)的高阻尼鎂基復(fù)合材料，所述的高阻尼鎂基復(fù)合材料的各組分及重量百分比為:
8.06-8.55%A1，0.39-0.48%Ζη，0.17-0.19%Mn，5-10%Bi203*2Sn02，余量為 Mg。
[0006]所述的高阻尼鎂基復(fù)合材料的各組分及重量百分比為:8.55%A1，0.48%Zn，0.19%Mn，5%Bi203*2Sn02，余量為 Mg。
[0007]一種含錫酸鉍的高阻尼鎂基復(fù)合材料的制備方法，按照配方比例稱取Al粉、Zn粉、Mn粉和Bi2O3CSnO2粉，混合均勻得到混合粉末，將混合粉末放在真空干燥箱中，然后在氬氣的保護(hù)下，利用高能球磨機(jī)將混合粉末進(jìn)行充分球磨和混合，然后在20MPa壓強(qiáng)下，將球磨后的混合粉末在550°C下熱壓燒結(jié)30min后隨爐冷卻，即得到含Bi2O3CSnOd^高阻尼鎂基復(fù)合材料。
[0008]所述的球磨工藝為:轉(zhuǎn)速為300r/min，球磨時(shí)間為6h，球料比為5:1。
[0009]所述的熱壓燒結(jié)過程中采用氬氣保護(hù)。
[0010]本發(fā)明的有益效果:(1)本發(fā)明以AZ91為基本成分，添加Bi2O3CSnO2壓電陶瓷，一方面充分利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)，提高AZ91鎂合金的阻尼性能；另一方面采用粉末冶金的方法使Bi2O3CSnO2在基體上均勻分布。(2沌“03*231102是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，它的某些電介質(zhì)晶體可以通過純粹的機(jī)械作用而發(fā)生極化，導(dǎo)致介質(zhì)兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷，引起的材料表面電荷產(chǎn)生壓電效應(yīng)。(3)壓電陶瓷/金屬阻尼復(fù)合材料存在著多種能量轉(zhuǎn)化機(jī)制:復(fù)合材料中位錯(cuò)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)將消耗部分機(jī)械能；復(fù)合材料中的界面滑移可以損耗部分機(jī)械能；壓電陶瓷將部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，電能再通過導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為熱能。(4)粉末冶金法對(duì)基體合金種類和增強(qiáng)體類型沒有限制，Zn、Mn主要以固溶原子的形式存在于基體和析出相中，并沒有新相產(chǎn)生；同時(shí)，Mn在加熱時(shí)還可以阻礙晶粒長(zhǎng)大，晶粒不需要經(jīng)過全熔的液體狀態(tài)且增強(qiáng)體顆粒在基體內(nèi)分布均勻，可以制得高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相的金屬基復(fù)合材料。
[0011]說明書附圖
圖1為實(shí)施例1制得的含Bi2O3CSnO2的高阻尼鎂基復(fù)合材料的Mg-Al 二元相圖。
[0012]圖2為實(shí)施例1制得的含Bi2O3CSnO2的高阻尼鎂基復(fù)合材料的振幅-阻尼曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1
本發(fā)明合金成分(重量百分比)為:8.55%A1，0.48%Zn，0.19%Mn，5%Bi203*2Sn02，余量為Mg及不可避免的雜質(zhì)。按照上述成分配制40g混合粉末，Al、Zn、Mn的引入都是采用添加AZ91鎂合金粉末來實(shí)現(xiàn)。Al、Zn、Mn在AZ91中的重量百分比分別為8.95%,0.44%,0.21%。該鎂基復(fù)合材料采用粉末冶金法制備，將平均粒度為105 ym的AZ91粉末放在真空干燥箱中處理，然后在氬氣的保護(hù)下，利用高能球磨機(jī)將混合粉末進(jìn)行充分球磨和混合。球磨工藝為:轉(zhuǎn)速為300r/min，球磨時(shí)間為6h，球料比為5:1。然后在20MPa壓強(qiáng)下，將球磨后的粉末在550°C下熱壓燒結(jié)30min后隨爐冷卻，燒結(jié)過程中采用氬氣保護(hù)。該復(fù)合材料在室溫下，頻率為IHz時(shí)，材料的阻尼值隨振幅增大不斷增加，最大達(dá)到0.085(如圖2所示)，與AZ91D合金相比，接近純鎂的阻尼性能。
[0014]圖1為本實(shí)施例含Bi2O3CSnO2的高阻尼鎂基復(fù)合材料的Mg-Al 二元相圖。從圖1可以看出，Al在Mg中的最大固溶度是12.7% (在共晶溫度437°C時(shí))，降至室溫時(shí)Al的固溶度大約只有2% ;因此在平衡條件下，燒結(jié)樣品的室溫顯微組織應(yīng)該由α -Mg固溶體基體和β-Mg17Al12析出相組成。Zn、Mn主要以固溶原子的形式存在于基體和析出相中，并沒有新相產(chǎn)生；同時(shí)，Mn在加熱時(shí)還可以阻礙晶粒長(zhǎng)大。
[0015]實(shí)施例2
本發(fā)明合金成分(重量百分比)為:8.06%A1，0.39%Zn，0.17%Mn，10%Bi203*2Sn02，余量為Mg及不可避免的雜質(zhì)。按照上述成分配制40g混合粉末，Al、Zn、Mn的引入都是采用添加AZ91鎂合金粉末來實(shí)現(xiàn)。Al、Zn、Mn在AZ91中的重量百分比分別為8.95%,0.44%,0.21%，其制造工藝與實(shí)施例1相同。該復(fù)合材料在室溫下，頻率為IHz時(shí)，材料的阻尼值隨振幅增大不斷增加，最大達(dá)到0.072。
[0016]實(shí)施例3
本發(fā)明合金成分(重量百分比)為:8.32%A1，0.43%Zn，0.18%Mn，8%Bi203*2Sn02，余量為Mg。按照上述成分配制40g混合粉末，Al、Zn、Mn的引入都是采用添加AZ91鎂合金粉末來實(shí)現(xiàn)。Al、211、1111在八291中的重量百分比分別為8.95%、0.44%、0.21%，其制造工藝與實(shí)施例I相同。該復(fù)合材料在室溫下，頻率為IHz時(shí)，材料的阻尼值隨振幅增大不斷增加，最大達(dá)到0.078。
[0017]實(shí)施例4
本發(fā)明合金成分(重量百分比)為:8.45%A1，0.45%Zn，0.18%Mn，6%Bi203*2Sn02，余量為Mg。按照上述成分配制40g混合粉末，Al、Zn、Mn的引入都是采用添加AZ91鎂合金粉末來實(shí)現(xiàn)。Al、211、1111在八291中的重量百分比分別為8.95%、0.44%、0.21%，其制造工藝與實(shí)施例I相同。該復(fù)合材料在室溫下，頻率為IHz時(shí)，材料的阻尼值隨振幅增大不斷增加，最大達(dá)到0.082。
[0018]最后需要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制技術(shù)方案，盡管申請(qǐng)人參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，那些對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種含錫酸鉍的高阻尼鎂基復(fù)合材料，其特征在于:所述的高阻尼鎂基復(fù)合材料的各組分及重量百分比為:8.06-8.55%A1，0.39-0.48%Ζη，0.17-0.19%Mn, 5-10%Bi203*2Sn02,余量為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含錫酸鉍的高阻尼鎂基復(fù)合材料，其特征在于:所述的高阻尼鎂基復(fù)合材料的各組分及重量百分比為:8.55%A1，0.48%Zn，0.19%Mn，5%Bi203*2Sn02，余量為Mg。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含錫酸鉍的高阻尼鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟如下:按照配方比例稱取Al粉、Zn粉、Mn粉和Bi2O3CSnO2粉，混合均勻得到混合粉末，將混合粉末放在真空干燥箱中干燥后，在氬氣的保護(hù)下，利用高能球磨機(jī)將混合粉末進(jìn)行充分球磨和混合，然后在20MPa壓強(qiáng)下，將球磨后的混合粉末在550°C下熱壓燒結(jié)30min后隨爐冷卻，即得到含錫酸鉍的高阻尼鎂基復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含錫酸鉍的高阻尼鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的球磨工藝為:轉(zhuǎn)速為300r/min，球磨時(shí)間為6h，球料比為5:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含錫酸鉍的高阻尼鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的熱壓燒結(jié)過程中采用氬氣保護(hù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含錫酸鉍的高阻尼鎂基復(fù)合材料，用于金屬材料類領(lǐng)域。該鎂基復(fù)合材料包含的各成分及其重量百分比為：8.06-8.55%Al，0.39-0.48%Zn，0.17-0.19%Mn，5-10%Bi2O3?2SnO2，余量為Mg。發(fā)明以AZ91為基成分，添加Bi2O3?2SnO2，經(jīng)充分球磨混合和熱壓燒結(jié)，Bi2O3?2SnO2和生成的β-Mg17Al12相分布在α-Mg基體上。利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)提高AZ91鎂合金的阻尼性能；當(dāng)應(yīng)變振幅為10-4時(shí)，純鎂的阻尼值達(dá)到0.11，當(dāng)頻率為1Hz時(shí)，復(fù)合材料的阻尼值隨振幅增大不斷增加，達(dá)到0.085，接近純鎂的阻尼性能。
【IPC分類】C22C23-02, C22C1-05, C22C23-00, C22C32-00
【公開號(hào)】CN104561715
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510043126
【發(fā)明人】吳晶敏, 錢亞鋒, 胡耀波, 潘復(fù)生, 蔣斌, 付麗榮, 李偉杰, 葉松
【申請(qǐng)人】鶴壁市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月28日