一種20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金及其製備方法
2023-05-23 22:52:06
專利名稱：一種20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金及其製備方法
一種20-100Hz頻段高阻尼鋁H^金及其製備方法
鵬域
本發明涉及一種20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金及其製備方法。
背景技術：
具有良好的剛度、在寬頻段和寬溫度區間內有較好阻尼性、合適價格、熱處理後阻尼性能降低 很小或升高的鋁鎂合金有著強烈的市場需求。例如。無人偵察機光學系統支撐平臺框架及艦船上減 振部件、迫切需要材料具有輕量化、阻尼性好、抗腐蝕、高強度和易於熱處理或熱加工等結構-功能 一體化材料。
目前、作為結構-功能一體化材料的鋁基阻尼合金存在的主要問題是阻尼效果不良以及品種稀 缺；許多情況下，不得不用鑄鋁、鋁合金層壓板或鑄鋁-鑄鐵預澆件等替代；特別是寬頻段或低溫鋁 基高阻尼合金研究開發更加困難，由於鋁基合金不同於鎂基合金，阻尼性受頻率和溫度係數影響嚴 重，獲得寬頻段或室溫或低溫高阻尼鋁合金相對困難，主要原因在於阻尼性與冷、熱加工、剛度、 強度和韌性等要素平衡優化過程中科學問題複雜和技術壁壘難以攻克。
2004年，中國兵工52所發表了 "高阻尼鋁合金性能研究" 一文。文章揭示，用其新開發的高 阻尼鋁合金替代ZL104合金(一種鑄鋁)用於製造坦克車體風扇，能量衰減率達一倍以上，降噪約 5—6dB。相關要素平衡優化獲得的重要結果為①合金組成為鋁中添加約35wty。的Zn，很少量的Mg 和Cu;②共振頻段為l一4Hz下，60'C時阻尼係數Q—i為0.006， 10'C—20'C溫區內阻尼係數Q—,能 達到0. 005;③合金密度約為3. 5 g/cm3;④合金抗拉強度(o b)約為325MPa、伸長率為5. 7 %。
顯然該合金相對不足表現在阻尼係數過小，停留在10—3數量級；合金密度過大，超出常規鋁合金
密度(平均2.8 g/cm3)的25% (兵器材料科學與工程[J], 2004年，27巻，1期，P13-15)。
1989年，中國專利局公開了中國東南大學申請的題為"高耐磨、耐蝕、高阻尼鋁鋅鑄造合金" 的87105901.0號專利，該專利揭示的鋁基代表性合金及其相關性能為:合金組成為:Al為74.2wt. %、 Cu為0. 75wt. %、 Si為3wt, %、 RE為0.21wt, %和Zn為22wt. %;阻尼係數Q—1為0,0022;由於該專利 文件撰寫簡單，其阻尼係數Q—i獲得所採用頻率並未給出。顯然，該專利在組成、設計等多方面與本 發明顯著不同；不構成對本發明新穎性限制。
通常說來，鋁基阻尼合金在0'C—25(TC溫區內阻尼係數隨溫度升高而增大，獲得室溫或低溫高 阻尼鋁合金非常困難。2002年，美國專利商標局公開了德國戴姆勒-克萊斯勒(DaimlerChryslerAG) 公司申請的題為"高強、高阻尼金屬材料及其製備方法"的USP6，346，132號專利。該專利揭示在 德國牌號ENAW6061鋁合金(名義組成為0.4-0.8wt. %Si、 0. 7wt. %Fe、 0.15-0. 4wt. %Cu、 0.15wt. %Mn、 0.8-1. 2wt. %Mg、 0. 04-0. 35wt. %Cr、 0. 25wt. %Zn、 0.15wt. %Ti、 Al餘量)中混入一半或其它量的Ti-Ni 粉(TisuNi49.9)或混入一定量Cu-Zn-Al合金粉(Cu6。Zn21Al19)製造出阻尼材料。該發明的優點 在於在-5(TC— +200°(:溫區內材料阻尼效果良好。特別突出的優點是獲得了低溫(-50°C)高阻尼 金屬材料。顯然，該發明相對不足表現在①平衡優化過分注重功能特性(阻尼特性)，結構材料特 性考慮不足，諸如韌性等。所以，該發明材料本質上很難歸屬到"合金"，只能按照該發明自身定位、 "金屬複合材料"為其歸屬領域。②其添加的Ti-Ni粉屬於一種貯氫合金粉，其吸氫特性使該發明的金屬材料在使用中、因吸氫而產生"氫脆"，會給器件帶來很大安全隱患。顯然，該發明金屬複合 材料與本發明的"合金"的IPC分類等都不同，不構成對本發明新穎性的限制。
將上述鋁合金中機械添加Ti-Ni微粉或金屬間化合物的方式改變成原位反應添加，同樣可以使
阻尼係數為10—3數量級的低阻尼鑄鋁或硬鋁的阻尼係數提高一個數量級。2004年，中國專利局公開 了題為"TiB2/AI高阻尼複合材料及其製備工藝"的200310122739. l號專利，該發明利用原位反 應，在熔煉鑄鋁或硬鋁(含Si為4 13^以及少量其它元素)過程中生成0.1 20^的TiB2，所獲 得的複合材料阻尼係數Q—'最大值達到0.04，即10—2數量級(測定頻率條件未揭示)。顯然，該發明
的複合材料也不構成對本發明合金的新穎性限制。
從上世紀60年代至上世紀末，世界許多國家仍未開發出特別理想的高阻尼鋁基合金，實際應 用中大多用鑄鋁代替，因此公開和發表較多關於鑄鋁改性用於鋁基阻尼合金的專利或文章。其中
1978年，美國專利商標局公開了加拿大鋁包裝研發公司(Alcan Research and Development Limited)發明的題為"金屬合金製品的生產改進"的USP4，126，486號專利。該發明通過在鋁中添 加9wtJSi和少量其它金屬元素，得到較好剛度和易熱加工的鑄鋁合金新組成，但該發明根本沒有 提及阻尼性能。十年後，日本電磁合金基礎研究研究所(The Foundation: The Research Institute of Electric and Magnetic Alloys,仙臺分部)注意到該工業合金的阻尼性能，並在1987年對以 上發明稍微改進，測定了阻尼係數，在美國專利商標局公開了題為"高阻尼合金及其生產工藝"的 USP 4，684，414號專利。日本在USP 4， 684,414號專利中揭示Al-9Si系高阻尼鋁基合金在1Hz下 可獲得阻尼係數Q—7勺為0. 002的數值。在Al-9Si系合金基礎上，日本進行改進的類似專利還有 如1989年，美國專利商標局公開了日本電磁合金基礎研究研究所(東京分部)發明的題為"高阻尼 合金及其生產工藝"的USP4,859， 252號專利等。顯然，以上發明的Al-9Si系合金與本發明的合金 組成、剛度、強度和韌性等優化設計方面顯著不同，不構成對本發明新穎性的限制。
由於開發理想的高阻尼鋁基合金比較困難，用鑄鋁356 (ZL356)或鑄鋁107 (ZL107)的代替 研究和應用至今仍在繼續。通過優化熱處理工藝，使ZL356中塊狀Si析出相球化，可使阻尼係數從 10—4數量級提高到10—3數量級，例如在頻率為237Hz，對於ZL356鑄鋁通過優化熱處理，其阻尼 係數Q4達到0.00113 (兵器材料科學與工程[J]， 2003年，26巻，6期，P10-18)。 2006年，中國專 利局公開了題為"一種鋁合金減震筒生產工藝"的200610050636.2號專利，該發明揭示了對鑄鋁 107 (ZL107)生產工藝的改進。上述針對以添加Si為主的鑄鋁研究或發明不構成對本發明新穎性的 限制。
用低阻尼鑄鋁和鑄鐵混合使用的複合阻尼合金也有發明，如將A1-Si-Cu-Mg系鑄鋁合金液傾倒 進球墨鑄鐵構件中、鑄造出鑄鋁-鑄鐵複合阻尼器件，這在1999年美國專利商標局公開的題為"改 善阻尼性的鋁合金內插件及其製備方法"的USP 5，976，709號專利中有所揭示。另外，將"橡膠鋼 板"作為阻尼材料使用的原理移植到鋁合金層壓板上，也有較多文章報導和專利公開。例如1993 年，中國專利局公開的題為"高阻尼鋁合金層壓複合板"的CN91106755.8號專利；1999年，日本 專利局公開的題為"易熱成型阻尼鋁板-樹脂的三明治形複合材料"的JP11221876號專利；2007年, 中國專利局公開的題為"低模量高阻尼無定形碳纖維鋁基複合材料及其製備方法"的 CN200610010600.1號專利等。這些複合材料或複合材料得到的構件、不構成對本發明合金的新穎性 限制。
與本發明鋁中添加13wtW鎂合金組成相關的專利或技術
①、1899年，英國專利局公開了題為"鋁和鎂的合金新改進"的GB189824878號(原GB24，878號)專利.該專利申請保護鋁中添加10 ，'t.%—30 丄％鎂的鋁-鎂合金配方，並在該專利中揭示，鋁
中添加l(kt. %—20化％鎂為較好的選擇，鋁中添加10". %—15 't. %鎂的鋁-鎂合金鍛造後效果更佳。 同時、對AUlg相(不穩定相)作用進行討論。該發明沒有涉及阻尼性研究，這與當時(距今109 年前)合金中阻尼的概念沒有誕生或很少關注有關。事實上，在該發明公開6年後，即1904年、在 發明專利中同時檢索"阻尼和鋁"的關鍵詞才檢索到damping (阻尼)一詞；亦da卿ing與鋁或合 金相關一詞出現在1905年英國專利局公開了題為"石印機上鋁旋壓輥阻尼性相關改進"(Improved Damping Roller for Aluminium Rotary Presses, Lithographic Machines and the like) 的 GB190417701號(原GB 17， 701號)專利中，該專利(GB 17， 701)中涉及的阻尼(damping)與鋁 或其合金也不相關，而指用橡膠改進增加鋁旋壓輥的阻尼性，所以，上述兩個專利也不構成對本發 明的新型合金的新穎性限制。
②、"二戰"後不久，前蘇聯將鋁中添加10.5機.％~13".%鎂和其它強化元素的合金列入工業 牌號，如A J122牌號鋁合金、其名義組成為Mg為10. 5 13wt%、 Si為0. 8 1. 2 wrt、 Zr為0.2 wt%、 Zn為0.1 wt%、 Fe為0.03 0.07 wt%、 Ti為0.05~0.15 wt. %)的鋁合金。從A JT22鋁合金組成 可知AJ122鋁合金中添加增加合金硬度、剛度和強度的Si和Zr等元素，顯然，該合金設計瞄準 目標為結構材料。
發明內容
本發明的鋁鎂基合金的組成沒有添加"強釘扎作用"Zr等降低阻尼性的元素，合金設計瞄準目 標為結構-功能(阻尼) 一體化材料。所以，儘管AJ122鋁合金Mg添加量的上限包含本發明合金的 Mg添加量，但合金的設計和使用目標有根本性的不同，不構成對本發明的新型合金的新穎性限制。
本發明的目的在於提供一種20-lOOHz頻段高阻尼鋁鎂合金及其製備方法。解決工業上可供選擇 的該頻段阻尼鋁鎂基合金品種不足的問題。 本發明設計原理
(1) 、阻尼合金實用化定位在"結構-功能(阻尼) 一體化材料"，平衡結構材料與功能(阻尼) 材料的各自需求為合金優化的核心和關鍵，在此前提下，優化結構與功能材料、滿足二者各自需求 的設計理念和解決優化問題切入點，本發明選擇在"鋁中添加13wtJ鎂"，原理在於前人在研究 鋁-鎂二元合金作為結構材料的相關研究結果表明在鋁中分別添加鎂為lwt. %、 2wt. %、 3wt. %…… l(kt.%、 12化％、 13wt.%、 14wt.%……過程中，表現出隨著鎂添加量增加，結構材料相關的硬度 或抗拉強度等增加；在鋁中鎂添加量達到13wtJMg時，結構材料相關的硬度或抗拉強度等出現最大 值；超過13wt.爐g，例如14wtJ的Mg，結構材料相關的硬度或抗拉強度等指標快速下降。顯然， 在鋁中鎂添加量達到13化y。Mg為對應點，選作結構材料相關的硬度或抗拉強度等的最大值點，也是 作為結構材料性能下降的"拐點"；根據阻尼本質上與結構材料中"缺陷"相關學說，有理由認為該
"拐點"即在鋁中鎂添加量達到13wt.%Mg時的對應點也是"強阻尼"產生的"出生點"之一，或認 為其是結構-功能(阻尼)優化中的平衡點、或解決優化問題切入點和滿足結構與功能材料二者各自 需求理應選取的中點或重點。這是本發明確定"鋁中添加13wt.y。鎂"，即合金組成為Al-13 wt.%Mg 的主要原因之一。其它原因，諸如鋁中每添加lwty。的鎂、鋁基合金密度降低約0.01，有利於本發 明合金輕量化。國際市場鋁錠和鎂錠價格相同條件下，鋁中每添加lwt免的鎂，鋁鎂合金鑄件的金屬 原料成本下降0.65%;利於本發明合金保持原料低成本優勢等為相對次要原因。
(2) 、鋁中添加10rt.先以上的Mg,必然產生大量的p相(Al3Mg2)，也必然產生大量不穩定相， 如AlJ1g和AlMg等，同時也難以避免產生少量或微量穩定的MgnAl,2相，這些不穩定和穩定相為"弱釘扎作用"或"中等強度釘扎作用"相，為本發明合金的"阻尼因子"奠定高品質基礎；這 些"弱釘扎作用"相隨著外界能量的輸入，還可以出現一系列轉化(參考文獻Journal of alloys and compounds, 2001年，320巻，P93-102;)，轉化吸收外界能量也可成為"阻尼因子發揮阻尼功能的 動態要素"之一；本發明附圖8-10分別從不同角度對這些不穩定相和穩定相的存在、系列轉化和與 力學性能中斷裂源之間關係等給予了揭示。
本發明提供的一種20-lOOHz頻段高阻尼鋁鎂合金,其組成為Mg為13w淺，雜質元素Fe、 Ni、 Cu和Si的總量小於0.05wty。，用A1平衡總量到100 wt %。
一種20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金的製備方法其特徵在於，步驟和條件如下
以純度99.TO的Al錠和Mg錠為原料，Al錠和Mg錠經分割、除油、乾燥和去除氧化皮得到塊狀 料；按照通式Al-13wt彌g配比進行稱量和配料；合金熔煉在電阻爐中進行，將鐵坩堝放入到電阻 爐中，升溫至75(TC，投入A1總投料重量的4/5的鋁塊狀料，其餘1/5的鋁錠料壓在鎂料塊的上方， 與鎂錠料塊組成"鋁-鎂料塊合併體"，待此前投入的鋁料完全熔化後， 一起投入已經熔化的鋁液中， 投入方式為將該"鋁-鎂料塊合併體"用夾料鉗鎖緊，並使其浸沒於鋁液面之下直至該"鋁-鎂料塊 合併體"全部融化；爐料全部融化後攪拌20秒，並降溫至72(TC;在720'C下合金液靜置20分鐘， 將吸鑄管頂端伸到合金液中，分別用慢速真空吸鑄或快速真空吸鑄方式得到合金鑄棒；其慢速真空 吸鑄條件為8秒吸鑄合金棒長度達到1米；快速真空吸鑄條件為2秒吸鑄合金棒長度達到1米， 得到得到一種鑄態吸鑄棒；取鑄態吸鑄棒進行高頻感應熱處理，其感應熱處理條件為長度為 200im的合金鑄棒在直徑為60mm的感應線圈中，以輸入感應線圈中功率為1. 3千瓦的感應加熱功率 加熱3分鐘，隨後，將被加熱的合金棒分別投入9(TC的熱水或15X:的冷水中淬火；淬火後合金棒重 新放回到感應線圈中仍以0.9千瓦功率加熱0. 2—1分鐘進行退火，該被退火的熱合金棒從感應線圈 中取出後自然冷卻到室溫，得到一種2(H00Hz頻段高阻尼鋁鎂合金。
將鑄態和熱處理後的合金棒進行機械加工，分別在MAK-04型粘彈分析儀上測定阻尼性能和在力 學測試設備上測定力學性能等。
本發明的製備方法優點在於1、本發明合金在0-100Hz頻段內阻尼係數高，利於滿足海、陸、 空國防和民用相關阻尼合金器件對該阻尼頻段的高阻尼性要求。本發明附圖l-2給出100Hz、 80Hz、 60Hz、 40Hz、 20Hz和10Hz的阻尼係數具體數值隨頻率、溫度的變化趨勢；由圖可見阻尼係數絕 對值達到10—2數量級、屬於高阻尼合金；阻尼係數隨頻率減小而有增大趨勢，在小於20Hz或10Hz 可望得到更大阻尼係數值。通常說來，設計無人偵察機上的電視攝像設備減震系統，注重60Hz頻率; 該頻率由轉速為360轉/分的飛機發動機引起。設計艦載雷達部件、注重艦船5-16 Hz正弦振動、 8-16Hz中葉頻的基頻和在12Hz附近對設備產生振動放大等。設計超精密裝置隔振系統或MEMS製造 平臺、要求能夠克服振動頻率在0-100 Hz內的環境微振動幹擾。該"環境微振動幹擾主要包括:大 地脈動型地面振動(O-l Hz)、工作人員走動所引起的振動(l-3 Hz)、通風管道和電動機所引起的振 動(6-65Hz)和在地震中建築物的擺動或航母的擺動(10-100Hz)"。由於鋁基阻尼合金的阻尼因子與 頻率有關、並且難以獲得寬頻段的阻尼係數，所以，本發明在0-100Hz頻段，尤其在是20-100Hz頻 段內有如此之好阻尼係數，被列為本發明的優點之一
2、本發明設計採用二元合金，而沒有添加更多的調節或強化元素，遵循中國古代老子的"大 道至簡至易，至精至徽"的設計理念，優點表現在僅有Al和Mg兩種元素，合金生成強化相品種相 對少，對析出相的認知相對容易或對析出相的轉變規律易於把握，這既便於對本發明進一步改進， 也便於用熱處理或冷加工等多種方式調節、優化或滿足結構與功能材料平衡點的需求。另外，本發明採用吸鑄、感應熱處理增加阻尼性或強度等工藝具有方法簡單、高效等優點；這在本發明附圖1 和圖2的曲線對比中均有揭示。
3、阻尼合金輕量化和低成本效果顯著。鋁中每添加lwtW的鎂，鋁基合金密度降低約O.Ol。市 場上常用鋁合金密度平均在2.8g/cm3左右，而本發明合金與其相比密度降低範圍約為6. 5%—7.21 國際市場鋁錠和鎂錠價格相同條件下，鋁中每添加kt呢的鎂，鋁鎂合金鑄件的金屬原料成本下降 0.65%;只要國際市場鎂錠價格不大於鋁錠同期價格1.55倍，本發明Al-13Mgwt免合金就具有鑄件原 料成本低的優勢。
圖1是本發明的20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金在溫度為室溫頻率為20-層Hz頻段的頻率與阻
尼係數關係曲線。圖l中曲線(1)為熱處理態合金、(2)為鑄態合金。 圖2是本發明20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金的的溫度與阻尼係數之間關係曲線圖。圖2中曲
線(1)的頻率為10Hz、 (2)的頻率為20Hz。 圖3是本發明鑄態20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金的代表性金相照片。 圖4是本發明鑄20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金的典型X-射線衍射(XRD)分析結果。 圖5是本發明鑄態20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金的典型壓縮應力-應變曲線圖。 圖6是本發明鑄態20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金的壓縮呈現脆性斷裂代表性照片。 圖7是本發明由快速吸鑄的鑄態20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金的拉伸應力-應變曲線圖。 圖8是本發明鑄態20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金的拉伸斷口處側面金相照片。箭頭所指為 (Al3Mg2)相。
圖9是本發明鑄態20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金SEM照片。圖9中(1)位置為晶界分析點、 (2)為析出物雜質分析點。
圖10是本發明鑄態20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金的典型熱分析結果。圖12中曲線(1)為DTA (差熱分析)曲線、(2)為TGA (熱重分析)曲線。
具體實施例方式
以純度99.將的Al錠和Mg錠為原料，Al錠和Mg錠經分割、除油、乾燥和去除氧化皮得到塊 狀料；按照通式Al-13wtWMg配比進行稱量和配料；合金熔煉在電阻爐中進行，將鐵坩堝放入到電 阻爐中，升溫至75(TC，投入Al總投料重量的4/5的鋁塊狀料，其餘1/5的鋁錠料壓在鎂料塊的上 方，與鎂錠料塊組成"鋁-鎂料塊合併體"，待此前投入的鋁料完全熔化後， 一起投入已經熔化的鋁 液中，投入方式為將該"鋁-鎂料塊合併體"用夾料鉗鎖緊，並使其浸沒於鋁液面之下直至該"鋁-鎂料塊合併體"全部融化；爐料全部融化後攪拌20秒，並降溫至72(TC;在72(TC下合金液靜置20 分鐘，將吸鑄管頂端伸到合金液中，用慢速真空吸鑄真空吸鑄方式得到合金鑄棒；其慢速真空吸鑄 條件為8秒吸鑄合金棒長度達到1米，得到一種鑄態吸鑄棒。
取鑄態吸鑄棒進行高頻感應熱處理，其感應熱處理條件為長度為200mm的合金鑄棒在直徑為 60m的感應線圈中，以輸入感應線圈中功率為1.3千瓦的感應加熱功率加熱3分鐘，隨後，將被加 熱的合金棒分別投入9(TC的熱水中淬火；淬火後合金棒重新放回到感應線圈中仍以0.9千瓦功率加 熱l分鐘進行退火，該被退火的熱合金棒從感應線圈中取出後自然冷卻到室溫，得到20-100Hz頻段 高阻尼鋁鎂合金合金棒。將得到的該20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金棒合金進行機械加工，在MAK-04型粘彈分析儀上測 定阻尼性能和在力學測試設備上測定力學性能。在溫度為室溫、頻率為20Hz、 40Hz、 60Hz、 80Hz和 100Hz下，該慢速吸鑄和感應退火1分鐘及熱水中淬火合金棒阻尼係數列於表1。
表l實施例l中慢速吸鑄和感應退火l分鐘及熱水中淬火合金棒
在20 100Hz頻段內阻尼係數(tanS) 條 件 20Hz 40Hz 60Hz 80Hz 100Hz
慢速吸鑄和感應退火1分鐘及熱水 0.5040.0475 0.0427 0.0387 0.0347 中淬火合金棒阻尼係數(tan5)
室溫下，該慢速吸鑄和感應退火1分鐘及熱水中淬火合金棒抗拉強度(ob)為292MPa、屈服 強度(o。.2)為221MPa，伸長率為5.7 %。 實施例2
與實施例1所不同的是:採用將被加熱的合金棒投入15'C的冷水中淬火和退火時間為0. 2分鐘， 其餘操作同實施例1。室溫下該"慢速吸鑄和感應退火1分鐘及冷水中淬火合金棒"的阻尼係數列 於表2。
表2實施例2中慢速吸鑄和感應退火0.2分鐘及冷水中淬火合金棒
在20 100Hz頻段內阻尼係數(tanS) 條 件 20Hz 40Hz 60Hz 80Hz 100Hz
慢速吸鑄和感應退火0.2分鐘及冷 0.0517 0.0461 0.0406 0.0389 0.0351
水中淬火合金棒阻尼係數(tanS)
室溫下，該慢速吸鑄和感應退火0.2分鐘及冷水中淬火合金棒的抗拉強度(o b)為258MPa、 屈服強度(o 。.2)為207MPa,伸長率為6. 9 %。 實施例3
與實施例1所不同的是取消高頻感應熱處理步驟，直接將鑄態吸鑄棒進行機械加工測定阻尼 和力學性能，以便於與高頻感應熱處理阻尼和力學參數對比或確定實際應用中根據實際需要是否直 接選擇鑄態吸鑄棒進行應用。其餘操作同實施例1。室溫下該慢速吸鑄鑄態吸鑄棒的阻尼係數列於 表3。
表3實施例3中取消高頻感應熱處理的慢速吸鑄鑄態吸鑄棒 在20 1 OOHz頻段內阻尼係數(tanS) 條 件 20Hz 40Hz 60Hz 80Hz 100Hz
取消高頻感應熱處理的慢速吸鑄鑄0.0503 0.0391 0.0307 0.0279 0.0253
態吸鑄棒阻尼係數(tanS) 室溫下，該取消高頻感應熱處理的鑄態慢速吸鑄棒壓縮強度(ob)為525MPa、屈服強度(o 0.2)為334Mpa;維氏硬度124HV;布氏硬度98HB;浮力法測定密度為2. 56 g/cm3。 實施例4
與實施例1所不同的是取消高頻感應熱處理步驟，並用快速真空吸鑄真空吸鑄方式得到合金 鑄棒；其快速真空吸鑄條件為2秒吸鑄合金棒長度達到1米，再直接將鑄態吸鑄棒進行機械加工 測定阻尼和力學性能，以便於與高頻感應熱處理阻尼和力學參數對比或快、慢速真空吸鑄真空吸鑄方式對比或確定實際應用中根據實際需要是否直接選擇鑄態吸鑄棒進行應用。其餘操作同實施例1。 室溫下該快速吸鑄鑄態吸鑄棒的阻尼係數列於表4。
表4實施例4中取消高頻感應熱處理的快速吸鑄鑄態吸鑄棒 在20 100Hz頻段內阻尼係數(tanS) 條 件 20Hz 40Hz 60Hz 80Hz 100Hz
取消高頻感應熱處理的快速吸鑄鑄0.0526 0.0356 0.0352 0.0208 0.0197
態吸鑄棒阻尼係數(tanS) 室溫下，該取消高頻感應熱處理的鑄態快速吸鑄棒的抗拉強度(o b)為197MPa、屈服強度(o 0.2)為167MPa，伸長率為5.6 %;密度為2. 54 g/cm3。
實施例5
與實施例l所不同的是用快速真空吸鑄真空吸鑄方式得到合金鑄棒；快速真空吸鑄條件為 2秒吸鑄合金棒長度達到1米，得到得到一種鑄態吸鑄棒，然後再用高頻感應熱處理得到，其中 感應退火0.5分鐘
表5實施例5中快速吸鑄和感應退火0. 5分鐘及熱水中淬火合金棒
在20 1 OOHz頻段內阻尼係數(tanS) 條 件 20Hz 40Hz 60Hz 80Hz 100Hz
快速吸鑄和感應退火0.5分鐘及熱0.5290.0494 0.0465 0.0401 0.0368 水中淬火合金棒阻尼係數(tan5)
室溫下，該快速吸鑄和感應退火0. 5分鐘及熱水中淬火合金棒壓縮強度(o b)為514MPa、屈 服強度(o 。.2)為312MPa，密度為2. 57 g/cm3。
權利要求
1、一種20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金，其特徵在於，其組成為Mg佔13wt％，雜質元素Fe、Ni、Cu和Si的總量小於0.05wt％，用Al平衡總量到100wt％。
2、 如權利要求l所述的一種20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金的製備方法，其特徵在於，步驟和 條件如下以純度99.9y。的Al錠和Mg錠為原料，Al錠和Mg錠經分割、除油、乾燥和去除氧化皮得到塊狀 料；按照通式Al-13wtfflg配比進行稱量和配料；合金熔煉在電阻爐中進行，將鐵坩堝放入到電阻 爐中，升溫至750'C，投入Al總投料重量的4/5的鋁塊狀料，其餘1/5的鋁錠料壓在鎂料塊的上方， 與鎂錠料塊組成"鋁-鎂料塊合併體"，待此前投入的鋁料完全熔化後， 一起投入已經熔化的鋁液中， 投入方式為將該"鋁-鎂料塊合併體"用夾料鉗鎖緊，並使其浸沒於鋁液面之下直至該"鋁-鎂料塊 合併體"全部融化；爐料全部融化後攪拌20秒，並降溫至72(TC;在72(TC下合金液靜置20分鐘， 將吸鑄管頂端伸到合金液中，分別用慢速真空吸鑄或快速真空吸鑄方式得到鑄態合金鑄棒；其慢速 真空吸鑄條件為8秒吸鑄合金棒長度達到1米；快速真空吸鑄條件為2秒吸鑄合金棒長度達到1 米；取鑄態吸鑄棒進行高頻感應熱處理，其感應熱處理條件為長度為200mm的合金鑄棒在直徑為 60mm的感應線圈中，以輸入感應線圈中功率為1.3千瓦的感應加熱功率加熱3分鐘，隨後，將被加 熱的合金棒分別投入9(TC的熱水或15'C的冷水中淬火；淬火後合金棒重新放回到感應線圈中仍以 0. 9千瓦功率加熱0. 2_1分鐘進行退火，該被退火的熱合金棒從感應線圈中取出後自然冷卻到室溫， 得到一種20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金。
全文摘要
本發明涉及一種20-100Hz頻段高阻尼鋁鎂合金及其製備方法。本發明合金組成為鋁中添加13wt％鎂的合金，雜質少於0.05wt％；鑄造和熱處理分別採用反重力的動態凝固的吸鑄技術與感應熱處理技術。本發明的目的在於針對阻尼鋁鎂合金的品種不足，提供一種100赫茲頻段內高阻尼鋁鎂合金及其製備方法。解決工業上可供選擇的該頻段阻尼合金品種不足的問題。利於滿足作為器件的阻尼合金在100赫茲頻段內的不同頻率，或承載不同重量的重物，或受到不同壓應力條件下，通過改變鑄造或熱處理等手段選擇，獲取或滿足不同的需求，達到本發明的目的。
文檔編號C22C21/08GK101280378SQ200810050398
公開日2008年10月8日 申請日期2008年2月27日 優先權日2008年2月27日
發明者吳耀明, 朱果逸, 楊曉鵬, 畢廣利, 王立東, 王立民 申請人:中國科學院長春應用化學研究所