[發明專利]Zn－Al－Zr－Si高阻尼性能減振合金及其制備和熱處理工藝

無效

• 申請號: 200610047639.0
• 申請日: 2006-09-06
• 公開（公告）號: CN101139673A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 戎利建;劉樹偉;李秀艷;閆德勝;趙明久
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C18/04
• 分類號: C22C18/04;C22C1/02;B22D17/00;B22D21/02;C22F1/16
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術領域：

本發明涉及ZnAl合金阻尼性能的改善，具體地說是一種Zn-Al-Zr-Si高阻尼性能減振合金及其制備方法和熱處理工藝。通過在ZnAl合金中添加合金元素，并經過一定的熱處理制度改善合金的顯微組織，提高合金的阻尼性能。

背景技術：

隨著現代工業的發展，人們除了對機械提出高性能、高效率、高精度的要求外，對于由機械裝置引起的振動、噪聲及其對環境污染的治理也日益重視。如何減少振動和抑制噪聲是一個急需解決的重要課題。作為解決方法之一，高阻尼合金直接用于振源對減振降噪具有明顯的效果。鋅鋁合金作為一種開發較早的減振合金，具有比重小、比強度高、非磁性、工藝性能優良、價格低廉等優點，目前已經廣泛用于制作軸承、各種管接頭、滑輪以及各類受沖擊和磨損的鑄件。其中Zn-22wt％Al合金不僅具有較好的超塑性能，而且在ZnAl系合金中擁有最好的阻尼性能。但是Zn-22wt％Al合金在室溫、低頻條件下的阻尼性能并不理想，影響了它的進一步使用。

發明內容：

本發明的目的是提供一種Zn-Al-Zr-Si高阻尼性能減振合金及其制備方法和熱處理工藝。通過添加合金元素，研制出一種制備方法簡單，晶粒細化良好、成分均勻的擁有高阻尼性能的鋅鋁系合金。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種Zn-Al-Zr-Si高阻尼性能減振合金，按重量百分比計，合金化學成分如下：

鋁22％-25％，鋯0.1％-0.25％，硅0.1％-8％，鋅余量。

所述的Zn-Al-Zr-Si高阻尼性能減振合金，鋯較好為0.1％-0.2％，硅較好為0.5％-6％。

所述的Zn-A1-Zr-Si高阻尼性能減振合金的制備方法，包括如下步驟：

1)首先將純鋁，Al-12wt％Si及Al-4wt％Zr中間合金加入電阻爐中，升溫至750±10℃熔化；

2)待鋁全部熔化后，再加入純鋅熔化；

3)采用擠壓鑄造工藝，在500±10℃澆入模腔，10秒內開始施加壓力，比壓為80～100MPa，完全凝固后，開模取出鑄件。

所述的Zn-Al-Zr-Si高阻尼性能減振合金的熱處理工藝，包括如下步驟：

1)在350±10℃下保溫2-3小時后，水淬冷卻至室溫；

2)在60±5℃下保溫3-4小時后，水淬冷卻至室溫。

本發明在原有Zn-22wt％Al共析減振合金的基礎上，通過添加少量的Zr以及Si元素，采用擠壓鑄造工藝并經過適當的熱處理改善合金的性能，使相組織顯著細化，增加可動相界面的數目；富含硅相，增加材料中位錯的密度，并引入硅相/基體界面這一新的內耗源，從而提高合金的阻尼性能。

本發明以鋅鋁合金為基體，設計開發新的高阻尼性能的ZnAl合金。新減振合金的設計應根據合金的阻尼機制，采取適當的措施來改進，并且可以引入新的阻尼機理，進一步改善合金的減振性能。Zn-Al系減振合金屬于復相型，其主要的阻尼機制包括界面阻尼、位錯阻尼以及熱彈性內耗。前者是基于第二相與基體的相界面上發生的非彈性粘滯運動，阻尼性能的高低取決于可動相界面的數目及相界面的可動性；位錯阻尼是由于位錯線在釘軋點間做往復的“弓出”運動形成應力應變滯后迴線造成，與合金中位錯的密度以及位錯線的長度有關，位錯的密度越大，位錯線越長，位錯阻尼越高；熱彈性內耗是由于材料內部各點受力不均勻，在材料內部形成溫度差，從而造成熱流引起能量而耗散掉，由于此部分內耗與材料的幾何尺寸、受力狀態有關，因此不在本材料設計的考慮范疇。另外，研究發現，向合金中添加強化相后，由于強化相與基體的熱膨脹系數存在巨大差異，在合金的凝固冷卻過程中，使得合金內部靠近強化相附近形成較大的應力集中，從而在強化相周圍產生大量的位錯；同時會在合金中形成新的界面(強化相/基體)，成為新的內耗源，此內耗與合金中強化相的數量以及強化相與基體間的摩擦系數有關。

為了提高Zn-Al減振合金的阻尼性能，根據上述阻尼機理，我們采取了以下幾個措施：

1、毛坯采用擠壓鑄造工藝制備，以減少鑄件中的疏松、氣孔、偏析等鑄造缺陷，獲得成分均勻、晶粒細小的鑄造組織。

2、通過調整熱處理工藝，細化合金組織，特別是細化共析體，以增加相界面；

3、向合金中添加少量的鋯和硅元素以形成彌散分布的第二相，進一步增加相界面，產生新的內耗源。

本發明的優點在于：

1、冶煉加工方法簡單，生產成本低。

2、顯著改善了合金的阻尼性能，室溫下合金的減振系數提高約一倍。