一種高性能鎂合金吸波複合板材及其製備方法

2023-10-21 03:46:27 4

專利名稱：一種高性能鎂合金吸波複合板材及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高性能鎂合金吸波複合板材及其製備方法，特別是一種利用準晶為吸波體，採用普通鑄造工藝複合的一種高性能鎂合金吸波複合板材及其製備方法，屬於輕合金加工領域。
背景技術：
伴隨著第三次技術革命，電子設備的廣泛應用，在創造物質文明的同時，也帶來了一個充滿電磁輻射的環境。過多的電磁輻射會產生諸多危害，例如電磁幹擾會破壞或降低電子設備的工作性能；電磁幹擾能量可能引起易燃易爆物的起火和爆炸，造成武器裝備失靈，帶來巨大的經濟損失和人員的傷亡。對人類的生殖、神經和造血等系統產生嚴重的危害作用。已經成為繼大氣汙染、水汙染、噪音汙染之後的第四大汙染。吸波材料在這種情況之下應運而生。吸波材料是指能夠吸收並衰減入射的電磁波，將電磁能轉換成熱能並將其耗散或者使電磁波因幹涉而消失的一類材料。吸波材料在電磁屏蔽、電視廣播、微波暗室和電子器件等民用方面有著廣泛的用途，在軍事技術方面也具有很大的價值。其中最重要的一個應用就是雷達吸波材料，利用吸收劑與雷達波的相互作用而達到損耗電磁能的目的，使反射波能量最大限度地降低。由於電磁屏蔽和吸波材料在社會生活和國防建設中的重要作用，研發厚度薄、質量輕、頻帶寬、多功能的新型吸波材料成為人們日益關注的重要課題。吸波材料對材料性能要求近乎苛刻。從發展趨勢看，以下幾方面將成吸波材料的重點發展方向(1)要求材料具有高比強度、高比模量以及高韌性；( 要求材料吸波性能寬頻化，高效化。目前應用較廣泛的是塗敷型吸波材料(即吸波塗層)，但其存在以下不足 1)為保證吸波塗層的吸波性能，其厚度一般較大(> 1mm)，將導致塗層內部存在較大內應力，塗層易於開裂、剝落；2)吸波塗層會增加系統自重，對設備指標產生不利影響。隨著環保和節能意識的增強，材料研究者和產品設計者愈來愈重視產品的輕量化和可回收等問題。作為目前最輕的工程金屬材料，鎂合金以其高比強度，可回收等特點，成為輕金屬材料的代表異軍突起，以每年20%的速度持續增長。準晶準確的定義是同時具有長程準周期性平移序和非晶體學旋轉對稱性的固態有序相，具有5次和高於6次的8次、10 次和12次等特殊對稱性。從發現準晶以來，人們對準晶進行了深入、廣泛的研究，在準晶的結構和物理性能等各方面研究都取得了很大的進展。準晶材料特有的高硬度、低摩擦係數、 低熱膨脹係數、低界面能、耐蝕、耐熱和耐磨等性能，特別是Mg-Zn-Re準晶具有的磁性特徵使其特別適合作為新型吸波材料。

發明內容
本發明針對背景技術中存在的缺陷，提供一種高性能鎂合金吸波複合板材及其製備方法。利用Mg-Si-Gd基熱穩定二十面體準晶為吸波體，以輕質高強的 Mg-15Gd-4Er-0. 4Zr鎂合金為基體，採用特定的製備工藝，獲得的鎂合金/準晶複合吸波板材具有材料重量輕，強度高，吸波層不易剝落，吸波頻率寬，吸波效果好的特點，可用於建築電磁屏蔽、信息及通訊技術保密、軍事隱身技術等領域，具備較高的商業應用價值。一種高性能鎂合金吸波複合板材，其特徵在於，吸波複合板材包括三層，最上面吸波層為M^ai53Gd12準晶層，其下為MgSi和Mg的共晶組織組成的結合層，最下為作為強度層的Mg-15Gd-4Er-0. 4Zr鎂合金板材。所使用的吸波體M^ai53Gd12準晶體由成份為 35Mg-50ai-15Gd準晶中間合金在凝固時形成。上述高性能鎂合金吸波複合板材的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟1)、將鑄造製備的Mg-15Gd-4Er-0. 4Zr合金錠，在常溫下於立式擠壓機上50MPa的軸向靜壓強，並保持20分鐘，再在電阻爐中加熱至510°C並保溫池。通過向合金錠施加軸向靜壓強，可使材料在晶界處聚集一定的殘餘應力。這樣可以加速晶界處的第二相分解，使材料在較短時間內完成固溶過程。2)、取出步驟1)的合金錠冷卻至370°C後，放置在臥式擠壓機以1 20的擠壓比擠出厚度為IOmm的板材，再將擠壓得到的板材在310°C保溫30分鐘後，於雙輥軋機上軋至 5mm，得到作為複合基體所需的的鎂合金板材；3)、將步驟幻製備的鎂合金板材放置在熔鑄設備中，進行加熱，保證板材的上表面溫度在330°C ；4)、將成份為35Mg-50Zn-15Gd的基準晶中間合金加熱至650°C，使其溶化得到中間合金液，將中間合金液直接澆鑄在步驟幻的鎂合金板材上，使其覆蓋鎂合金板材基體； 靜置1分鐘後，立刻拆除熔鑄設備的擋板，將複合板材取出，侵入80°C的熱水中，便得到鎂合金/準晶複合吸波板材。對板材加熱的目的是為了使澆鑄其上的準晶中間合金在凝固時，靠近板材的一側晚於暴露空氣一側凝固，這樣可以引起稀土元素向先凝固一側偏聚，從而控制凝固不同位置的組織。這樣得到的板材可使準晶層位於表面作為本材料的吸波層，其下為Mgai和Mg 的共晶組織組成的結合層，最下為作為強度層的Mg-15Gd-4Er-0. 4Zr鎂合金板材。本發明製備複合板材時使用的熔鑄設備如附圖1所示，熔鑄設備為一盒體，其主要包括以下兩部分1)可加熱的底座，幻在底座上可拆卸的矩形金屬框熔鑄擋板。可加熱的底座，由高強耐熱材料製備的底座內嵌有電阻絲(見圖1)，起到在澆鑄時為作為複合基體的鎂合金板材加熱的目的；熔鑄擋板由低碳鋼製備的熔鑄擋板為一矩形金屬框，其尺寸略大於軋製得到的作為複合基體的鎂合金板材，起到在澆鑄時限制準晶中間合金液流出的目的。


圖1.是本發明製備方法中的熔鑄設備示意圖；圖2.是實施例1板材與準晶層複合相形貌圖；圖3.是實施例1球形準晶形貌圖；圖4.是本發明實施例的吸波效果與普通板材比較結果；圖5.是本發明實施例中準晶的能譜分析結果。
具體實施例方式實施例1
按如下方法製備，製備方法中的熔鑄設備見圖1 :1.採用普通鑄造方法製備出Mg-15Gd-4Er-0. 4Zr合金錠；2.將Mg-15Gd-4Er_0. 4Zr合金錠，在常溫下於立式擠壓機上施加50MPa的軸向靜壓強，並保持20分鐘；3.將處理後Mg-15Gd-4Er-0. 4Zr合金錠，在電阻爐中加熱至510°C並保溫3h ；4.將Mg-15Gd-4Er-0. 4Zr合金錠冷卻至370°C後，在臥式擠壓機以1 20的擠壓比擠出厚度為IOmm的板材；5.將擠壓得到的板材在電阻爐中於310°C保溫30分鐘；6.將處理好的擠壓板材，在雙輥軋機上軋至5mm，得到作為複合基體所需的鎂合金板材；7.將鎂合金板材基體放置在附圖1中所示的設備中，將加熱底座加熱，控制鎂合金板材上表面的至330°C ；8.將35Mg-50ai_15Gd準晶中間合金加熱至650°C，至其熔化；9.將熔化的步驟8中的35Mg-50Zn-15Gd基準晶中間合金，直接澆鑄在熔鑄設備中，使其覆蓋鎂合金板材基體；10.靜置1分鐘後，立刻拆除熔鑄設備的擋板，將複合板材取出，侵入80°C的熱水中。得到的板材共分為三層，最上面為本材料的吸波層Mg35Zn53Gd1Jf晶層，其下為 MgZn和Mg的共晶組織組成的結合層，最下為作為強度層的Mg-15Gd-4Er-0. 4Zr鎂合金板材。通過控制凝固溫度，引起了 Gd元素分布不均，提高了表層準晶體得含量，在複合板材表面可以看到大量的準晶，其中有數量眾多的球形準晶(如附圖3所示)，所得準晶的能譜分析結果見圖5。大大提高了材料的吸波效率，本發明的複合板材與普通鎂合金板材的吸波效果比較可見本發明設計的材料吸波頻率範圍寬，吸波效果好(如附圖4所示)。同時由於Gd元素向材料表面富集，使MgSi相和Mg的相共晶組織可依附於鎂合金板材基體生長， 這樣就使得吸波的準晶層和基體結合相當牢靠(如附圖2所示)，從而不易剝落。
權利要求
1.一種高性能鎂合金吸波複合板材，其特徵在於，吸波複合板材包括三層，最上面吸波層為M^al53Gd12準晶層，其下為Mga1和Mg的共晶組織組成的結合層，最下為作為強度層的 Mg-15Gd-4Er-0. 4Zr 鎂合金板材。
2.權利要求1所述的吸波複合板材，其特徵在於，Mg35Zn53Gd12準晶層由成份為 35Mg-50ai-15Gd準晶中間合金在凝固時形成。
3.權利要求1所述的一種高性能鎂合金吸波複合板材的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟1)、將鑄造製備的Mg-15Gd-4Er-0.4 合金錠，在常溫下於立式擠壓機上50ΜΙ^的軸向靜壓強，並保持20分鐘，再在電阻爐中加熱至510°C並保溫池；2)、取出步驟1)的合金錠冷卻至370°C後，放置在臥式擠壓機以1 20的擠壓比擠出厚度為IOmm的板材，再將擠壓得到的板材在310°C保溫30分鐘後，於雙輥軋機上軋至5mm， 得到作為複合基體所需的的鎂合金板材；3)、將步驟幻製備的鎂合金板材放置在熔鑄設備中，進行加熱，保證板材的上表面溫度在330 0C ；4)、將成份為35Mg-50Zn-15Gd的基準晶中間合金加熱至650°C，使其溶化得到中間合金液，將中間合金液直接澆鑄在步驟幻的鎂合金板材上，使其覆蓋鎂合金板材基體；靜置 1分鐘後，立刻拆除熔鑄設備的擋板，將複合板材取出，侵入80°C的熱水中，便得到鎂合金/ 準晶複合吸波板材；上述熔鑄設備為一盒體，主要包括以下兩部分1)可加熱的底座，幻在底座上可拆卸的矩形金屬框熔鑄擋板。
全文摘要
一種高性能鎂合金吸波複合板材及其製備方法，屬於輕合金加工領域。複合板材包括三層，最上面為Mg35Zn53Gd12準晶吸波層，其下為MgZn和Mg的共晶組織組成的結合層，最下為Mg-15Gd-4Er-0.4Zr鎂合金板材。製備方法將Mg-15Gd-4Er-0.4Zr合金錠常溫下50MPa靜壓，加熱至510℃保溫3h；冷卻至370℃以1∶20的擠壓比擠出10mm厚的板材，在310℃保溫30分鐘，軋至5mm；放置在熔鑄設備中加熱；將35Mg-50Zn-15Gd基準晶中間合金加熱溶化直接澆鑄在鎂合金板材上；靜置，拆除擋板，浸入80℃水中。吸波板材重量輕，強度高，吸波層不易剝落，吸波效果好。
文檔編號B21C37/02GK102501454SQ20111035006
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者杜文博, 王旭東, 王朝輝 申請人:北京工業大學