一种高阻尼Mg-Mn-Ce-Al-Zn-Y镁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高阻尼镁合金及其制造方法，特别是一种高阻尼Mg-Mn-Ce-Al-Zn-Y合金，所述合金是一种六元镁合金，包括1%、]\1]1、〇6、41、211和￥六种合金元素，所述高阻 尼是指材料在应变为10- 3时能够达到的阻尼性能GT1 2 〇. 2。
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【背景技术】
[0003]现代武器装备发展的日趋轻量化、高速化和大功率化，由此引起的振动和噪声问 题变得尤为突出。此外，各种交通工具、3C产品（Computer、Communication、Consumption Electronics Products)对结构轻量化和减振降噪性提出了更为迫切的要求。因此，低密 度、高比强度、高阻尼金属结构材料是航空航天、新型武器装备及现代工业发展中紧迫的材 料需求之一。镁是最轻的商用金属结构材料，满足轻量化的需求，镁同时也是阻尼性能最好 的金属材料，满足减振降噪的需求。纯镁阻尼性能优良（Q4>0.1)，但强度太低，无法实际应 用。而常规镁合金(Mg-Al-Zn、Mg-Zn-Zr、Mg-RE-Zr )由于溶质原子和析出相对镁基面位错滑 移的强钉扎导致阻尼性能大大降低(0-1为0.008~0.016)。
[0004] CN200910023238.5公开了"一种含准晶增强相的高阻尼镁合金"，其各组成成份的 质量百分含量分别是:Zn: 0.9%，Y: 0.15%，Zr: 0.6%，余量为Mg。以Y、Zn和Zr作为合金元素，通 过控制Zn和Y的含量比形成了稳定的准晶相，降低合金中溶解的溶质量，减小对基体位错的 钉扎作用。其获得的最好阻尼性能是Mg-0.9Zn-0.15Y-0.6Zr铸造合金，在室温下的阻尼性 能为0.0121。但是，由于制备方法复杂，增加了制备难度。并且该发明合金在铸造过程使用 六氯乙烷进行精炼处理，六氯乙烷对人的中枢神经有毒害作用，作为精炼剂其反应产物有 恶味烟雾，需在抽风装置下操作，增加了装置难度。使用精炼剂在配料计算时还应考虑精炼 烧损，更增加了合金成本。
[0005] CN201210469313.2公开了 "一种高阻尼Mg-Si多孔复合材料的制备方法"，该镁合 金的成份含量为:Si : 15~30wt%，其余为Mg。该专利合金经常压高温反应烧结后试样的平均 阻尼0-1为0.05~0.09。纯Mg粉和纯Si粉放入陶瓷坩埚后，通过手动搅拌使两种粉末混合，既 不能保证两种粉末混合的充分均匀，也增加了人力成本，降低合金制备效率。
[0006] 因此，选择在镁中添加合金元素得到一种多元化镁合金体系，采用常规设备制备 合金，利用合金化手段改善镁合金的综合力学性能和使用性能，拓展其应用范围，成为本领 域技术人员有待解决的问题。
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【发明内容】
[0008] 针对现有技术中存在的上述不足，本发明解决的技术问题是如何改善镁合金阻尼 性能，提供一种高阻尼Mg-Mn-Ce-Al-Zn-Y镁合金。
[0009] 本发明还提供一种高阻尼Mg-Mn-Ce-Al-Zn-Y镁合金的制备方法，实现工艺简单， 操作容易和降低成本的目的。
[0010] 实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种高阻尼Mg-Mn-Ce-Al-Zn-Y镁合金； 包括Mg、Mn、Ce、A1、Zn和Y，各组成成分质量百分含量为:Mn=l · 3~2 · 2，Ce=0 · 15~0 · 35，Al = 0.1~0.3,211=0.25~0.55，￥=0.5~1.5，余量为镁和不可避免的杂质 所述镁合金采用如下方法制备： (1)按照上述组分计算需要原料的重量，原料采用工业纯镁、工业纯锌、工业纯铝、Mg-Mn中间合金、Mg-Ce中间合金、Mg-Y中间合金;采用真空电磁感应搅拌熔炼、将熔炼后的合金 水淬至室温，便得到高阻尼镁合金。
[0011] 进一步，步骤（1)中，所述真空熔炼为将原料加入坩埚并通入氩气进行保护，在真 空电磁感应熔炼炉中熔炼;在850Γ保温并电磁感应搅拌使原料充分熔化，待合金全部熔化 后继续在850°C静置保温10分钟。
[0012] 优选配方为：所述镁合金各组成成分质量百分含量为:1]1-1.37%，〇6-〇.30%，八1-0 · 11 %，Ζη-0 · 35%，Y-0 · 64%，杂质的总含量< 0 · 1 %;余量为镁。
[0013] 本发明不可避免的杂质为Si、Fe，其总量<0.1%。
[0014]本发明人经过大量的文献调研和实验研究后认为:Mn由于与Mg之间非共格界面、 不同的热膨胀系数，在合金熔炼后冷却过程中，势必会引入了大量的位错，提高位错密度， 有利于合金阻尼性能的提高。A1和Zn可以改善合金的铸造性能。此外，添加适量的稀土可净 化合金，降低熔炼过程中合金的氧化、烧蚀，降低液态合金的表面张力，细化合金组织，提高 合金的铸造性能，显著提高合金的燃点。樊建锋等人在"稀土阻燃镁合金的高温氧化动力学 研究"（33 (2004) 1266-1269)-文提到通过在镁中添加稀土元素 Y和Ce获得一种Mg-Y-Ce 合金，该合金具有良好的阻燃效果，在900°C的高温下，可在大气中暴露0.5 h而不燃烧。 [0015] 所述高阻尼Mg-Mn-Ce-Al-Zn-Y合金不是粉末冶金，而是通过真空电磁感应恪炼得 到最终合金。
[0016] 相比现有技术，本发明具有以下有益效果： 本发明提出在Mg-Mn-Ce-Al-Zn-Y合金中使Μη弥散分布引入大量位错，提高位错密度， 这些可动位错可起到显著的阻尼提升效果，通过引入Α1和Zn改善合金的铸造性能，再引入 Ce和Y净化合金，降低熔炼过程中合金的氧化、烧蚀，提高合金的燃点，该工艺是多元强化于 一体的高阻尼镁合金的制备方法。
[0017] 在Mg-Mn-Ce-Al-Zn-Y合金中，合金主要由镁相和α-Μη相组成，避免过多的相成分 阻碍位错运动而降低合金阻尼性能。通常，众多学者主要致力于通过热处理方式来提高合 金阻尼性能的研究，而常规热处理又会降低合金的力学性能，本发明合金中，采用电磁感应 一次熔炼，让成份均匀，已达到提高阻尼性能的目的。本发明的制备工艺中采用通过控制合 金成分和熔炼工艺，能大幅提高合金的阻尼性能，同时自净化合金，降低熔炼过程中合金的 氧化、烧蚀，提高合金的燃点，避免了精炼剂的使用及二次熔炼提纯。
[0018] 虽然Zr元素拥有有效的细化晶粒的作用，但是，在合金熔铸过程中Zr容易与Zn形 成Zn3Zr2金属间化合物，降低其晶粒细化的效果，另外Zr在合金缓慢凝固过程中容易产生严 重的偏析和偏聚，形成粗大的单质颗粒聚集，恶化合金的熔炼质量和力学性能。而且，在熔 炼时，Mg-Zr中间合金的利用率非常低，而其价格又十分昂贵，熔炼成本很高。而另有研究表 明，Μη元素除了提高合金的腐蚀性能和去除有害元素 Fe等优点外，其以单质形式弥散地分 布于镁合金中，同样可以细化枝晶。本发明以Μη替代Zr元素，制备了高阻尼Mg-Mn-Ce-Al-Zn-Y合金。
[0019] 仅以如下高阻尼Mg-Mn-Ce-Al-Zn-Y合金为例，其具有较高的阻尼性能，其此_ 1 · 37%，Ce-0 · 30%，Α1-0 · 11%，Ζη-0 · 35%，Y-0.64%;余量为Mg和少量的杂质；该合金的室温阻 尼性能Q+1为0.2;其阻尼性能与目前常用的阻尼镁合金Mg-Zr、Mg-Cu-Mn相比显著提高。 [0020] 所述高阻尼Mg-