一种阻尼和力学性能协同提升的高阻尼高强韧镁锂合金的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种操作工艺简单、生产周期短的高阻尼高强韧镁锂合金的制备方法，属于特殊合金技术领域，本发明专利技术是通过以下技术方案实现的：一种阻尼和力学性能协同提升的高阻尼高强韧镁锂合金，采用真空加保护氩气的电磁感应熔炼工艺制备Mg

【技术实现步骤摘要】
一种阻尼和力学性能协同提升的高阻尼高强韧镁锂合金的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种超轻镁锂合金及其制备方法，尤其是一种阻尼和力学性能协同提升的高阻尼高强韧镁锂合金的制备方法。

技术介绍

[0002]由于航天与空间的环境特点，航天与空间用结构材料在服役条件下除了要求具有良好的轻质特性和强韧性外，还要求材料具有优良的阻尼性能。因为飞行器设备在运行的各个阶段要承受一定量级的振动，国防工业关于卫星及火箭失效分析结果表明，绝大部分故障与运行过程中出现的振动有关，要求材料具有较好的阻尼性能。因此，研制和开发武器装备及航空航天用轻质、高阻尼和良好力学性能的金属结构材料，制备出一种轻量化兼具优良减振降噪、良好力学性能的合金成为金属材料研究的主要方向。
[0003]镁合金由于其低密度、良好的电磁屏蔽、阻尼和生物相容性，已成为航空航天领域重要的工程结构材料。然而，在室温下，较差的成形性限制了镁合金的应用。镁合金中锂元素的添加，使合金的晶体结构发生了改变，体心立方结构的出现极大地改善了合金的塑性变形能力，合金的轻量化也进一步得到了提升。镁锂合金是迄今为止密度最小的金属结构材料，具有很高的比强度、比刚度。此外，由于镁锂合金极为优异的轻量化和极易变形加工等特点，正成为航天、航空、汽车、3C产业、医疗器械等领域最理想并有着巨大发展潜力的结构材料之一。然而，镁锂合金的强度与阻尼性能不可兼得的矛盾使其实际应用受到限制，因此亟待探索出一些新的方法和途径，协同提升镁锂合金的阻尼及力学性能，对国防、民用工业均有重要意义。
[0004]近年来，以高压为代表的非平衡制备技术提供了独立于温度和化学组分之外的更大范围内调控材料晶体结构、化学组分和微观组织并进而优化材料性能的新的手段和途径，在镁合金的研究中也已经显现出其独特的技术优势。与常规的变形方法(如挤压和轧制)相比，超高压技术至少具有以下几个明显的特征:
①
反应速度快、试验周期短；
②
可大幅增加合金基体的固溶度；
③
更易促使结构相变和晶格畸变；
④
更易引入新的微观组织结构和晶体缺陷；
⑤
可有效促进材料致密化。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于制备出一种阻尼和力学性能协同提升的高阻尼高强韧镁锂合金；提供一种操作工艺简单、生产周期短的高阻尼高强韧镁锂合金的制备方法。
[0006]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术阻尼和强度难以协同提升的问题，提供一种阻尼和力学性能协同提升的高阻尼高强韧镁锂合金及其制备方法。本专利技术的高阻尼高强韧镁锂合金，阻尼性能测试是利用TA
‑
Q800型动态热机械分析仪(DMA)测试的，材料的阻尼性能Q
‑1高达0.05，力学性能测试是利用电子万能试验机(INSTRON
‑
5982)测试的，抗拉强度为277MPa、延伸率为24％。本专利技术的制备工艺简单、周期短、材料的阻尼和力学性能得
到了协同提升、阻尼性能Q
‑1高达0.05，在航天与空间等领域具有很好的应用前景。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的。
[0008]一种阻尼和力学性能协同提升的高阻尼高强韧镁锂合金，由如下按重量百分比的成分组成：Li 6.0～10.0％，Y 3.0～5.0％，Er 1.0～3.0％，Zn 1.0～3.0％，Zr 0.4～0.7％，且杂质总含量不超过0.1％，余量为Mg。
[0009]上述的阻尼和力学性能协同提升的高阻尼高强韧镁锂合金的制备方法，包括合金熔炼和高压热处理两部分，具体包括如下步骤：
[0010](1)采用真空加保护氩气的电磁感应熔炼工艺制备上述成分的镁锂合金铸锭。
[0011](2)在5GPa～6GPa的高压条件下对步骤(1)的镁锂合金进行热处理，热处理温度为900℃～1100℃，热处理时间为0.5小时～1小时。
[0012]本专利技术通过高压热处理技术调控双相镁锂合金的微观结构，在双相镁锂合金中引入了对阻尼和力学性能均有益的纳米孪晶、纳米级球状相和大量的可动位错，从而获得了阻尼性能Q
‑1高达0.05、抗拉强度为277MPa、延伸率为24％的高阻尼高强韧镁锂合金。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0014]1.制备工艺简单、周期短，通过一步高压热处理就获得了高阻尼高强韧超轻镁锂合金。
[0015]2.通过简单的成分设计，利用高压热处理技术，在镁锂合金中引入了对合金阻尼和力学性能均有益的纳米孪晶、纳米级球状相和大量的可动位错，打破了镁锂合金阻尼和力学性能不可兼得的矛盾，实现了镁锂合金阻尼和力学性能的协同提升。
附图说明：
[0016]图1是6GPa、1000℃、热处理0.5h后镁锂合金的显微结构；
[0017]图2是高压热处理前后镁锂合金的室温阻尼
‑
应变曲线；
[0018]图3是高压热处理前后镁锂合金的室温应力
‑
应变曲线。
具体实施方式：
[0019]以下结合实施例和附图对本专利技术进行解释说明，但本专利技术的保护范围并不局限于此，凡根据本专利技术的技术方案进行调整改进的实施内容都应涵盖于本专利技术的保护范围之中。
[0020]实施例
[0021](1)合金成分
[0022]Li：7wt％，Y：5wt％，Er：1wt％，Zn：2wt％，Zr：0.5wt％，其余为Mg。
[0023](2)合金熔炼
[0024]所设计成分按重量百分比称重配料，在高真空氩气保护的电磁感应熔炼炉中进行合金熔炼，制备出合金铸锭。
[0025](3)合金高压热处理
[0026]将上述镁锂合金铸锭加工成直径为13mm、高度为20mm的圆柱体并用Ta杯密封，放入六方氮化硼坩埚中，装入叶腊石合成块内，然后放入六面顶压机中，热处理压力为6GPa，热处理温度为1000℃，热处理时间为0.5小时，停止加热后快速冷却至室温，冷却时间为
90s，以达到淬火的效果，卸载压力，即得到高阻尼高强韧镁锂合金。
[0027]经过高压热处理后，在双相镁锂合金中引入了对阻尼和力学性能均有益的纳米孪晶、纳米级球状相和大量的可动位错，如图1所示。合金的阻尼性能Q
‑1由高压热处理前的0.01增加到高压热处理后的0.05，提升了400％，如图2所示。抗拉强度由高压热处理前的142MPa，增加到高压热处理后的277MPa，提升了135MPa，相当于提升了95％，而延伸率仍能达到24％，如图3所示。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻尼和力学性能协同提升的高阻尼高强韧镁锂合金的制备方法，所述高阻尼高强韧镁锂合金的化学成分按重量百分比为：Li 6.0～10.0％，Y 3.0～5.0％，Er 1.0～3.0％，Zn 1.0～3.0％，Zr 0.4～0.7％，且杂质总含量不超过0.1％，余量为Mg，其特征在于：(1)熔炼：采用真空加保护氩气的电磁感应熔炼工艺制备上述成分的镁锂合金铸锭。(2)高压热...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丹，黄海亮，彭立志，王淇，郑友进，左桂鸿，姜宏伟，巫瑞智，
申请(专利权)人：牡丹江师范学院，
类型：发明
国别省市：