含錫酸鉍的高阻尼鎂基復合材料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬材料技術領域，具體涉及一種含錫酸鉍的高阻尼鎂基復合材料。
【背景技術】
[0002]隨著現代科學技術的快速發展，上至航空飛行器的設計和制造，下至民用汽車的使用，人們對振動與噪聲的控制都提出了更高的要求，為了滿足這個要求，需要研宄和設計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，當應變振幅為10_4時，阻尼值達到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體來獲得高阻尼、低密度的理想功能-結構材料。
[0003]鎂基復合材料的典型組織為增強相分布在基體合金中，與基體合金相比，增強相的加入與基體形成了大量的界面，同時伴有高密度位錯纏結，這是復合材料最明顯的組織特征。界面及近界面區對復合材料的各項性能有重要影響，由于增強相與基體合金間熱膨脹系數不匹配，在復合材料制備冷卻過程中，將會在界面處產生熱錯配殘余應力，引起基體發生塑性流變，產生高密度位錯，是高阻尼性能(位錯釘扎與脫扎)的基礎，這些高密度位錯纏結是鎂基復合材料的另一個組織特點。Bi2O3CSnO2是一種壓電陶瓷材料，它的某些電介質晶體可以通過純粹的機械作用而發生極化，導致介質兩端表面內出現符號相反的束縛電荷，能夠將機械能和電能互相轉換，引起的材料表面電荷產生壓電效應。Bi203*2Sn02/AZ91鎂基復合材料存在著多種能量轉化機制:復合材料中位錯的往復運動將消耗部分機械能；復合材料中的界面滑移可以損耗部分機械能；壓電陶瓷將部分機械能轉化為電能，電能再通過導電網絡轉化為熱能。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是針對現有鎂合金阻尼較低以及增強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合材料。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案:一種含錫酸鉍(Bi2O3CSnO2)的高阻尼鎂基復合材料，所述的高阻尼鎂基復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，然后在氬氣的保護下，利用高能球磨機將混合粉末進行充分球磨和混合，然后在20MPa壓強下，將球磨后的混合粉末在550°C下熱壓燒結30min后隨爐冷卻，即得到含Bi2O3CSnOd^高阻尼鎂基復合材料。
[0008]所述的球磨工藝為:轉速為300r/min，球磨時間為6h，球料比為5:1。
[0009]所述的熱壓燒結過程中采用氬氣保護。
[0010]本發明的有益效果:(1)本發明以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，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是一種能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料，它的某些電介質晶體可以通過純粹的機械作用而發生極化，導致介質兩端表面內出現符號相反的束縛電荷，引起的材料表面電荷產生壓電效應。(3)壓電陶瓷/金屬阻尼復合材料存在著多種能量轉化機制:復合材料中位錯的往復運動將消耗部分機械能；復合材料中的界面滑移可以損耗部分機械能；壓電陶瓷將部分機械能轉化為電能，電能再通過導電網絡轉化為熱能。(4)粉末冶金法對基體合金種類和增強體類型沒有限制，Zn、Mn主要以固溶原子的形式存在于基體和析出相中，并沒有新相產生；同時，Mn在加熱時還可以阻礙晶粒長大，晶粒不需要經過全熔的液體狀態且增強體顆粒在基體內分布均勻，可以制得高體積分數增強相的金屬基復合材料。
[0011]說明書附圖
圖1為實施例1制得的含Bi2O3CSnO2的高阻尼鎂基復合材料的Mg-Al 二元相圖。
[0012]圖2為實施例1制得的含Bi2O3CSnO2的高阻尼鎂基復合材料的振幅-阻尼曲線圖。
【具體實施方式】
[0013]實施例1
本發明合金成分(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。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鎂合金粉末來實現。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，然后在氬氣的保護下，利用高能球磨機將混合粉末進行充分球磨和混合。球磨工藝為:轉速為300r/min，球磨時間為6h，球料比為5:1。然后在20MPa壓強下，將球磨后的粉末在550°C下熱壓燒結30min后隨爐冷卻，燒結過程中采用氬氣保護。該復合材料在室溫下，頻率為IHz時，材料的阻尼值隨振幅增大不斷增加，最大達到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為本實施例含Bi2O3CSnO2的高阻尼鎂基復合材料的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)，降至室溫時Al的固溶度大約只有2% ;因此在平衡條件下，燒結樣品的室溫顯微組織應該由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，并沒有新相產生；同時，Mn在加熱時還可以阻礙晶粒長大。
[0015]實施例2
本發明合金成分(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。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鎂合金粉末來實現。Al、Zn、Mn在AZ91中的重量百分比分別為8.95%,0.44%,0.21%，其制造工藝與實施例1相同。該復合材料在室溫下，頻率為IHz時，材料的阻尼值隨振幅增大不斷增加，最大達到0.072。
[0016]實施例3
本發明合金成分(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鎂合金粉末來實現。Al、211、1111在八291中的重量百分比分別為8.95%、0.44%、0.21%，其制造工藝與實施例I相同。該復合材料在室溫下，頻率為IHz時，材料的阻尼值隨振幅增大不斷增加，最大達到0.078。
[0017]實施例4
本發明合金成分(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鎂合金粉末來實現。Al、211、1111在八291中的重量百分比分別為8.95%、0.44%、0.21%，其制造工藝與實施例I相同。該復合材料在室溫下，頻率為IHz時，材料的阻尼值隨振幅增大不斷增加，最大達到0.082。
[0018]最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制技術方案，盡管申請人參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，那些對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種含錫酸鉍的高阻尼鎂基復合材料，其特征在于:所述的高阻尼鎂基復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.根據權利要求1所述的含錫酸鉍的高阻尼鎂基復合材料，其特征在于:所述的高阻尼鎂基復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.根據權利要求1或2所述的含錫酸鉍的高阻尼鎂基復合材料的制備方法，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，在氬氣的保護下，利用高能球磨機將混合粉末進行充分球磨和混合，然后在20MPa壓強下，將球磨后的混合粉末在550°C下熱壓燒結30min后隨爐冷卻，即得到含錫酸鉍的高阻尼鎂基復合材料。
4.根據權利要求3所述的含錫酸鉍的高阻尼鎂基復合材料的制備方法，其特征在于所述的球磨工藝為:轉速為300r/min，球磨時間為6h，球料比為5:1。
5.根據權利要求3所述的含錫酸鉍的高阻尼鎂基復合材料的制備方法，其特征在于:所述的熱壓燒結過程中采用氬氣保護。
【專利摘要】本發明公開了一種含錫酸鉍的高阻尼鎂基復合材料，用于金屬材料類領域。該鎂基復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。發明以AZ91為基成分，添加Bi2O3?2SnO2，經充分球磨混合和熱壓燒結，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提高AZ91鎂合金的阻尼性能；當應變振幅為10-4時，純鎂的阻尼值達到0.11，當頻率為1Hz時，復合材料的阻尼值隨振幅增大不斷增加，達到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】CN104561715
【申請號】CN201510043126
【發明人】吳晶敏, 錢亞鋒, 胡耀波, 潘復生, 蔣斌, 付麗榮, 李偉杰, 葉松
【申請人】鶴壁市質量技術監督檢驗測試中心
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月28日