高阻尼Mg-Sn-Y合金及其制备方法

高阻尼mg-sn-y合金及其制备方法
技术领域
1.本发明属于合金技术领域，具体涉及一种高阻尼mg-sn-y合金及其制备方法。


背景技术：

2.随着现代工业和交通运输的发展，由振动引起的噪声污染已成为严重的环境问题之一。高阻尼材料的开发和应用是降低噪声的有效措施之一。镁及其合金是最轻的结构金属材料，具有优异的性能，如高比强度和高比弹性模量。纯镁相比其它各种金属材料中还具有高阻尼的特点。因此，开发高阻尼镁合金以应用于需要同时减阻的构件领域具有广阔的应用前景。
3.目前，人们对低固溶度的合金元素在镁中阻尼性能的影响已有一定的研究，如在整个测试应变范围内也都是高阻尼状态的铸态亚共晶镁镍合金，但其当ε＝0.1％时，它的阻尼值为0.08，阻尼性能还未达到一个令人满意的程度，同时镍对于镁合金是一种有害的合金元素，会显著加快镁合金的腐蚀速度，所以镁镍合金在实际应用中受限。对于高固溶度的sn，y等元素，众多学者认为这是不利于阻尼性能的，所以对他们的研究比较少。专利号201511015387.9公开了高阻尼mg-sn-ce合金及其制备工艺，主要是通过采取调控合金的显微组织形貌来提高了合金的阻尼性能(ε＝0.1％，q-1
＝0.065)。但该专利平行第二相较多，阻尼性能也还未达到一个令人满意的程度。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种具有高阻尼的合金的设计和制备方法。为此，本发明的主要目的在于提供一种高阻尼合金，通过适当的合金元素组合和成分优化配比，采用常规的工艺，开发出成本较低，阻尼性能优异的镁合金。以满足当前国防及民用工艺对结构材料减振降噪的需求。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种高阻尼mg-sn-y合金，该镁合金由mg-sn-y三种元素组成，其各组成重量百分比含量值为：sn＝0.5-10％，y＝0.5-10％，余量为镁和不可避免的杂质。
7.在某些具体实施例中，其各组成重量百分比含量值为：sn＝2-8％，y＝2-8％，余量为镁和不可避免的杂质。
8.在某些具体实施例中，其各组成重量百分比含量值为：sn＝3-6％，y＝3-6％，余量为镁和不可避免的杂质。
9.在某些实施例中，其各组成重量百分比含量值为：sn＝3.24％，y＝2.43％,余量为镁和不可避免的杂质。
10.本发明的目的在于还提供了一种根据前述的高阻尼mg-sn-y合金的制备方法，包括如下步骤：
11.1)熔炼：按照配方要求，将纯镁锭、镁钇中间合金和纯锡在惰性气氛下，置于真空熔炉中熔炼获得合金熔体；
12.2)浇铸：将步骤1)制备所得的合金熔体进行浇铸成型后，冷却，进行机械加工处理，获得合金铸锭；
13.3)高温热处理：对步骤2)制备所得的合金铸锭进行高温热处理，即得高阻尼mg-sn-y合金。
14.进一步：所述熔炼工序具体为：
15.将纯镁锭放入熔炼炉中熔炼，熔炼过程中采用sf6/co2气体保护，升温至710℃中进行充分熔化，待纯镁全部熔化后，往镁液中加入镁钇中间合金，保温待镁钇中间合金熔化后，升温至720℃，加入纯锡，保温并搅拌使成分均匀且原料充分熔化，即得合金熔体。
16.进一步，所述高温热处理工序时，热处理时间为24h，热处理温度为350-550℃。
17.进一步，所述热处理温度为450-500℃。
18.进一步：所述热处理温度为480℃。
19.与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
20.1)本发明所提供的高阻尼mg-sn-y合金，通过适当的合金元素组合和成分优化配比，进一步叠加高温热处理程序；首先sn和y组合添加使基体具有较小的平衡固溶度，高温热处理工艺使基体中溶质原子析出，数量极大减少，进而使合金具有高位错阻尼；然后形成的弥散mg-sn-y化合物使合金形成大量亚晶界，使mg-sn-y合金具有高界面阻尼。本发明所得到的高阻尼镁合金在整个测试应变范围内都是高阻尼状态(q-1
＞0.01)，且相较于其他镁合金对比，在低中应变区都有高阻尼，具有对应变振幅更敏感的特点。根据g-l位错理论，应变振幅曲线可分为两部分，包括应变振幅弱相关部分和应变振幅强相关部分，就高阻尼mg-sn-y合金而言，它的阻尼能力强烈地依赖于应变振幅强相关部分，这反映出高阻尼mg-sn-y合金比其他镁合金具有对应变振幅更敏感的特点。所设计的mg-sn-y合计在中高应变振幅区都达到了非常优异的阻尼性能；特别的，在应变0.01％，0.1％时，阻尼值分别达到0.086和0.21。
21.2)本发明的高阻尼mg-sn-y合金在应变为0.01％，0.1％时，阻尼值分别达到0.086和0.21；远高于我们上述所提到的文献中的镁镍合金(ε＝0.01％，q-1
＝0.027；ε＝0.1％，q-1
＝0.075)。
22.3)本发明所提供的高阻尼mg-sn-y合金的制备方法，通过熔炼和高温热处理两道工序，简单实用，试验参数控制方便，可移植性强，且仅含微量稀土元素，成本低，且添加的sn和y元素符合常用的高强镁合金的合金范围，因此可广泛应用于国防、民用行业，达到同时轻量化和减振降噪的作用。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
24.图1为本发明所提供的高阻尼mg-sn-y合金的阻尼能力与应变振幅关系的结果曲线；
25.图2为本发明所提供的高阻尼mg-sn-y合金的在低中应力振幅区的阻尼性能结果曲线。
26.图3为本发明所提供的高阻尼mg-sn-y合金的显微组织电镜图；
27.图4为本发明所提供的高阻尼mg-sn-y合金的基体成分测试取样图。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
29.当以范围、优选范围、或者优选的数值上限以及下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而不考虑该范围是否具体揭示。除非另外指出，本文所列出的数值范围值在包括范围的端点，和该范围之内的所有整数和分数。
30.除非另外说明，本文中所有的百分比、份数、比值等均是按重量计。
31.本文的材料、方法和实施例均是示例性的，并且除非特别说明，不应理解为限制性的。
32.实施例1
33.本技术所提供的高阻尼mg-sn-y合金通过如下方法制备，包括如下步骤：
34.1)将纯镁锭放入熔炼炉中熔炼，熔炼过程中采用sf6/co2气体保护，升温至710℃中进行充分熔化，待纯镁全部熔化后，往镁液中加入镁钇中间合金，保温待镁钇中间合金熔化后，升温至720℃，加入纯锡，保温并搅拌使成分均匀且原料充分熔化，即得合金熔体。
35.2)将步骤1)制备所得的合金熔体进行浇铸成型后，冷却，进行机械加工处理，获得合金铸锭；
36.3)对步骤2)制备所得的合金铸锭在温度为480℃下热处理24h，即得高阻尼mg-sn-y合金。
37.对本实施例制备所得的mg-sn-y合金进行性能测试，结果如图1和图2所示，通过图1和图2可知，该mg-sn-y合金在室温下应变振幅为0.1％时，阻尼值q-1
达到0.21；在整个测试应变范围内都是高阻尼状态(q-1
＞0.01)，其临界应变振幅ε＝0.002％，表现出比其他镁合金对应变振幅更敏感的特性。
38.对比例1：
39.本对比例所提供的mg-sn-y合金，其组分配比与实施例1相同，其制备方法与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于获得合金铸锭后，将合金铸锭在室温下放置24h，得到该对比例的mg-sn-y合金。
40.本技术对该对比例制备所得mg-sn-y合金进行性能测试，结果如图1和图2所示，通过图1和图2可知，该mg-sn-y合金在室温下应变振幅为0.1％时阻尼值q-1
为0.08，远低于实施例1；且临界应变振幅为ε＝0.01％，明显高于实施例1(ε＝0.002％)，即对应变振幅不敏感，不同于经过热处理以后mg-sn-y合金的情况。
41.对比例2
42.本对比例所提供的合金，其组分配比与实施例1基本相同，不同之处在于不加入y，其制备方法与实施例1相同。
43.本技术对该对比例制备所得mg-sn合金进行性能测试，结果如1和图2所示，通过图1和图2可知，该mg-sn合金在室温下应变为0.1％的阻尼值q-1
为0.16，低于实施例1；且临界应变振幅为ε＝0.015％，明显高于实施例1(ε＝0.002％)，即对应变振幅不敏感，中应变区
阻尼值低，不同于经过热处理以后mg-sn-y合金的情况。
44.本技术中的高阻尼mg-sn-y合金在特定的成分和制备工艺下，大幅度的提高了该合金的阻尼性能。图3为实施例1合金的显微组织电镜图片，显示合金中分布了大量弥散第二相，引入了很多晶界和亚晶界，使得实施例1合金具有高界面阻尼。图4为实施例1中的合金基体相用电子探针基于波长色谱仪模式检测得到的基体相成分时的取样图，具体为：
[0045][0046]
从表中数据的结果，显示基体相中溶质元素sn和y的含量非常小，约为0.1at％，远低于mg-sn和mg-y二元合金中sn和y在镁合金基体相中的固溶度，说明经过合适的元素组合和成分配比，叠加高温热处理析出工艺，使基体相中溶质原子数量极大的减少，使实施例1制备所得的合金具有高位错阻尼机制。上述原因使得实施例1制备所得的合金在整个测试应变范围内都是高阻尼状态(q-1
》0.01)，且在应变为0.01％，0.1％时，阻尼值分别达到0.086和0.21。
[0047]
从上述实施例1和对比例1、对比例2的性能测试结果可知，该设计合金在特定的元素组合、成分配比和特定的制备工艺下，溶质原子析出形成高位错阻尼，弥散第二相形成高界面阻尼，使得该镁合金在整个测试应变范围内都是高阻尼状态(q-1
＞0.01)。且对应变振幅更敏感。实施例1与对比例1-2相比，主要是采用了sn-y元素组合和采用了高温热处理，进而使得该合金在整个测试应变范围内均属于高阻尼合金，且阻尼值在应变振幅为0.1％时高达0.21，拥有广阔的应用前景。
[0048]
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。