细晶铜纤维浮石镁合金复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种轻质细晶铜纤维浮石镁合金复合材料及其制备方法，该复合材料强度高，并且具有优越的阻尼性能。该方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该复合材料以镁合金为基体，在基体上分布着细晶铜纤维和浮石微粒，细晶铜纤维的晶粒为１－１０μｍ；细晶铜纤维和浮石二者占复合材料的体积百分比为４５％－５５％，其中纤维和浮石的重量比为１∶１；该镁合金基体的化学成分的重量百分含量：Ａｌ为４％～８％，Ｚｎ为２％～４，Ｓｎ为０．５％－１％，Ｐｒ为０．０５％～０．１５％，Ｎｄ为０．００３％－０．０９％，Ｄｙ为０．００３％－０．０９％，其余为Ｍｇ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料领域，涉及一种高阻尼细晶铜纤维浮石镁合金复合材料及其 制备方法。
技术介绍
目前金属材料领域中，对纤维对镁的阻尼作用受到了重视。CN200510027321. 1涉及一种属于复合材料
的提高纤维增强镁基复合材 料阻尼性能的方法，包括以下步骤(1)去除碳或石墨纤维表面的胶层；(2)化学气相沉积 热解碳涂层采用含碳量高的烷气作为热解气体，高温分解产生的碳在脱胶后的碳或石墨 纤维表面沉积制得单质热解碳涂层，获得碳涂层厚度从0. 1到几百微米；(3)在制备好表面 有热解碳涂层的碳或石墨纤维后，进行与纯镁或镁合金的液态压力浸渍复合制备镁基复合 材料。该专利技术以碳或石墨纤维为增强体，以纯镁或镁合金为基体，通过在碳或石墨纤维表面 化学气相沉积热解碳来得到特殊的界面层，虽然制备的镁基复合材料其阻尼性能比未涂层 的显著提高，可达到0.01的高阻尼范围，但是大大破坏了碳或石墨纤维，材料的力学性能 因此受到破坏，并且工艺较为复杂。CN200910191481. 8 一种具有优良阻尼特性的短碳纤维增强镁基复合材料的制备 方法，它包括以下步骤(1)去除短碳纤维表面的有机胶层；(2)化学镀沉积金属镍涂层，在 碱性条件下通过控制沉积时间来得到需要厚度的涂层；(3)在制备好表面镀有金属镍涂层 的短碳纤维后，采用粉末冶金法即可制备得到具有优良阻尼特性的短碳纤维增强镁基复合 材料。该专利技术将3 20%体积百分数的化学镀镍短碳纤维加入到镁基体中，虽然强化了基 体并赋予其更为优良的阻尼性能，其阻尼性能具有比纯镁更优良的阻尼性能，可达到0. 015 的高阻尼范围，但是工艺更为复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种轻质细晶铜纤维浮石镁合金复合 材料，该复合材料强度高，并且具有优越的阻尼性能。本专利技术的另一目的是提供纳米晶细晶铜纤维增强镁合金块体复合材料的制备方 法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的一种细晶铜纤维浮石镁合金块体复合材料，该复合材料以镁合金为基体，在基体 上分布着细晶铜纤维和浮石微粒，细晶铜纤维的晶粒为I-IOym ；细晶铜纤维和浮石二者 占复合材料的体积百分比为45%-55%，其中纤维和浮石的重量比为1 1;该镁合金基体的化学成分的重量百分含量A1为4% 8%，Zn为20Z0 4%，Sn 为 0. 5% -1%，Pr 为 0. 05% 0. 15%, Nd 为 0. 003% -0. 09%, Dy 为 0. 003% -0. 09%，其 余为Mg;细晶铜纤维的化学成分的重量百分含量A1为6% 8%，V为0. 5% 1%，Ζη为320% 25%，Pr 为 0. 05% 0. 15%, Nd 为 0. 003% -0. 09%, Dy 为 0. 003% -0. 09%，其余 为Cu。本专利技术细晶铜纤维浮石镁合金块体复合材料的制备方法，其特征在于它包括以 下步骤细晶铜纤维的准备按重量百分含量Al为6% 8%，V为0.5% 1%，Zn为 20 % 25 %，Pr 为 0. 05 % 0. 15 %，Nd 为 0. 003 % -0. 09 %，Dy 为 0. 003 % -0. 09 %， 其余为Cu进行配料，将原料置于带有加热装置的升液管内熔化而形成合金液，加热温度 1150-1200°C，合金液通过升液管与旋转的水冷铜合金转轮凸缘接触，水冷铜合金转轮凸 缘将合金液拽出，形成细晶铜纤维，转轮凸缘的线速度为22-24m/s，细晶铜纤维的直径为 10-45 μ m;然后将长径比为8-10 1的细晶铜纤维放于一个可加热的容器中，再将粒度 为100-500 μ m的浮石也放入，搅拌10-15min，其中细晶铜纤维和浮石的体积比为1 1， 接着加入硅溶胶，硅溶胶的加入量是细晶铜纤维和浮石混合体总重量的1_2%，继续搅拌 10-15min，然后容器加热到150-200°C，保温30min后从容器中取出自然冷却，便得到细晶 铜纤维浮石预制体，接着将铜基合金纤维和浮石的预制体置于有加热装置的底部通真空系 统的钢制模具的空腔中，预制体占钢制模具空腔体积的45-55%，开启模具加热装置，控制 温度为 450-550°C ；镁合金液的准备将重量百分含量为Al为4% 8%，Zn为2% 4%，Sn为 0. 5% -1%, Pr % 0. 05% 0. 15%, Nd 为 0. 003% -0. 09%, Dy 为 0. 003% -0. 09%，其余 为Mg的原料在680-720°C温度下熔化成镁合金液；开启真空系统，控制上述钢制模具内的相对真空度为-20Kpa，将上述镁合金液体 浇入钢制模具内细晶铜纤维浮石预制体的上面，并注满钢制模具，镁合金液体在真空压力 作用下渗入细晶铜纤维浮石预制体，关闭模具加热装置，并在钢制模具内冷却凝固，形成细 晶铜纤维浮石镁合金块体复合材料。本专利技术相比现有技术的有益效果如下本专利技术的细晶铜纤维中的Al、V、Zn元素共同作用可保证铜合金液与旋转的水冷 铜合金转轮接触时，能形成细晶组织。这是因为Al、V、Zn联合作用可加强合金凝固时的过 冷能力。Pr,Zn元素共同作用抑止铜合金中晶粒的长大。Pr、Zn和Cu可形成细小复杂化合 物，NcUDy可加强化合物弥散分布，因此可有效阻止晶粒的长大。镁合金中Al、Zn、Pr、Nd、Dy元素和细晶铜纤维中的元素对应，便于镁合金浸渗制 备时，促进镁合金和铜纤维合金的元素交流，因此这些元素共同作用能促进镁合金和细晶 铜纤维良好的界面冶金结合。镁合金中Nd、Sn用于协调镁合金和细晶铜纤维的热膨胀匹 配。镁合金中Pr、Dy元素共同作用可有效改善镁合金中Zn、Sn和镁形成的化合物分布，提 高镁合金本身的力学性能，形成镁合金和细晶铜纤维组织和力学性能的匹配。镁合金中Al、Sn同作用能促进镁合金和浮石良好的界面结合。本专利技术的合金性能见表1。合金制备工艺简便，生产的复合材料具有一定强度，阻尼性能优越，而且生产成本 低，非常便于工业化生产。四附图说明图1为本专利技术实施例一制得的细晶铜纤维浮石镁合金块体复合材料的金相组织。由图1可以看到在镁合金基体上分布有细晶铜纤维和浮石。五具体实施例方式以下各实施例仅用作对本专利技术的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg 或其它重量单位。实施例一细晶铜纤维的准备按重量百分含量Al为6%，V为0.5%，Zn为20%，Pr为 0. 05%, Nd % 0. 0039%，Dy 为 0. 003%，其余为 Cu 进行配料；将原料置于带有加热装置的升液管内熔化而形成合金液，加热温度1150-1200°C。 该升液管下部套装有柱塞，柱塞在动力装置带动下可沿升液管上、下移动，柱塞上移时可将 升液管内液面抬高，从而便于转轮凸缘将合金液拽出，形成细晶铜纤维，转轮采用轮缘有凸 缘的水冷铜合金转轮。合金液通过升液管与旋转的水冷铜合金转轮凸缘接触，水冷铜合金 转轮凸缘将合金液拽出，形成细晶铜纤维，转轮凸缘的线速度为22-24m/s，转轮开转前开启 水冷系统，水冷系统进水温度小于30°C。细晶铜纤维的直径为10-45μπι;然后(截取)将 长径比为8-10 1的细晶铜纤维放于一个可加热的容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种细晶铜纤维浮石镁合金块体复合材料，该复合材料以镁合金为基体，在基体上分布着细晶铜纤维和浮石微粒，细晶铜纤维的晶粒为１－１０μｍ；细晶铜纤维和浮石二者占复合材料的体积百分比为４５％－５５％，其中纤维和浮石的重量比为１∶１；　　该镁合金基体的化学成分的重量百分含量：Ａｌ为４％～８％，Ｚｎ为２％～４％，Ｓｎ为０．５％－１％，Ｐｒ为０．０５％～０．１５％，Ｎｄ为０．００３％－０．０９％，Ｄｙ为０．００３％－０．０９％，其余为Ｍｇ；　　细晶铜纤维的化学成分的重量百分含量：Ａｌ为６％～８％，Ｖ为０．５％～１％，Ｚｎ为２０％～２５％，Ｐｒ为０．０５％～０．１５％，Ｎｄ为０．００３％－０．０９％，Ｄｙ为０．００３％－０．０９％，其余为Ｃｕ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵浩峰，王玲，裴必龙，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]