一种A1ZNMGCU系阻尼合金及其制备方法.pdf

一种Al-Zn-Mg-Cu系阻尼合金及其制备方法，该阻尼合金的内耗值为0.002-0.023，抗拉强度为460～620MPa，屈服强度为450～590MPa，伸长率为9.3～12.2％。该阻尼合金的制备方法为，25～35％体积分数的粒径范围为0.075～0.06lmm的Al-Zn-Mg-Cu合金粉末、60～70％体积分数的粒径范围为0.03l～0.053mm的Al-Zn-Mg-Cu合金粉末、3～7％体积分数的粒径范围为0.030-0.038mm的石墨粉末混合成混合物，混合物依次经球磨、烘干、包

1.  一种Al-Zn-Mg-Cu系阻尼合金，内耗值为0.002-0.023，抗拉强度为460～620Mpa，屈服强度为450～590Mpa，伸长率为9.3～12.2％。

2.  一种Al-Zn-Mg-Cu系阻尼合金的制备方法，25～35％体积分数的粒径范围为0.075～0.061mm的Al-Zn-Mg-Cu合金粉末、60～70％体积分数的粒径范围为0.031～0.053mm的Al-Zn-Mg-Cu合金粉末、3～7％体积分数的粒径范围为0.030-0.038mm的石墨粉末混合成混合物，混合物依次经球磨、烘干、包套抽真空、热压成型、挤压、时效处理得到阻尼合金。

3.  根据权利要求2所述的制备方法，所述混合物的球磨步骤为混合物与分散剂的重量比为100∶2混合形成球磨浆料，加入球磨珠，球磨3-4h。

4.  根据权利要求2所述的制备方法，所述烘干为将球磨后的混合物置于70℃～80℃的温度下烘干。

5.  根据权利要求2所述的制备方法，所述包套抽真空为将烘干后的混合物灌装到抽真空容器中对容器抽真空，再进行加热处理，所述加热处理为程序升温，升温程序依次为室温下30分钟内升至200度，200度下保温45分钟，10分钟内升至300度，300度下保温45分钟，10分钟内升至400度，400度下保温45分钟，10分钟内升至450度，450度下保温40分钟，10分钟内降至350度，保温20分钟，炉内自然冷却至室温。

6.  根据权利要求2所述的制备方法，所述热压成型为将包套抽真空后的混合物加热至500℃～600℃置于被加热至300℃～400℃的模具中，在30吨挤压机上10MPa的压力下进行热压处理。

7.  根据权利要求2所述的制备方法，所述挤压为300℃～500℃下，30吨挤压机上以挤压比为1∶6进行热挤压处理。

8.  根据权利要求2所述的制备方法，所述时效处理为将经挤压处理后的混合物经过T6态或T73态双效时效处理、水淬，得到阻尼合金。

9.  根据权利要求2所述的制备方法，所述T6态时效处理的条件为477℃下加热30min，淬火，120℃下加热24h；再在477℃下加热1h，淬火，120℃下加热24h；所述T73态时效处理的条件为477℃下加热1h，淬火，120℃下加热6h，177℃下加热8h。

一种A1-Zn-Mg-Cu系阻尼合金及其制备方法
技术领域
发明是关于一种A1-Zn-Mg-Cu系阻尼合金及其制备方法。
背景技术
随着现代科学技术的发展，振动、冲击和噪声的控制日益成为一个复杂而迫切的问题。振动和噪声可以使电子器件失效，机械零部件寿命缩短，人体疲劳生病，工作效率降低，以至引起职业病。进入21世纪，寻求高阻尼材料，降低运行机组的振动与噪声，不仅可以改善环境，同时提高机组的精度和寿命。
阻尼材料具有广阔的应用前景，在航海业，阻尼材料可以用来制造舰船的旋转部件、潜艇的螺旋浆；在汽车工业，阻尼材料可以用作汽车的车体、刹车装置、发动机转动部件、变速箱和空气净化器等。目前，阻尼合金中的Mn-Cu系的Sonoston合金已经成功地用作潜艇的螺旋桨的材料，Zn-Al系中的ZA27合金已用来制造汽车的发动机座。
7050铝合金是一种Al-Zn-Mg-Cu系阻尼合金，Al-Zn-Mg-Cu系阻尼合金具有高的比强度和硬度、较好的耐腐蚀性能和较高的韧性、优良的加工性能及焊接性能。近几十年来，开发高强高韧铝合金新材料成为铝合金发展的重要方向。国内外学者对高强高韧铝合金的热处理及其力学性能等已进行了广泛的研究，但一直使用的峰时效及双级时效状态均不能获得令人满意的综合性能。峰时效强度虽高，但抗应力腐蚀性能较差；双级时效则是以牺牲合金强度为代价来降低其应力腐蚀敏感性。
刘晓新，唐仕英等公开了《纳米石墨对铝基复合材料阻尼性能的影响》一文；机械科学与技术；2006年12月；该文章中公开了纳米石墨粉作为增强体，采用粉末冶金的方法，对纳米石墨(n-Gr)-Al-Mg-Si复合材料进行了热压处理；通过对其阻尼性能进行研究，表明纳米石墨可以使复合材料的阻尼性能提高10％以上，但是该阻尼合金的耐腐蚀性能较差。
发明内容
本发明的目的是在不降低阻尼合金的内耗值的前提下，克服现有技术中的阻尼合金耐腐蚀性较差的技术问题，并同时提高阻尼合金的强度、延伸率。
本发明提供一种Al-Zn-Mg-Cu系阻尼合金，内耗值为0.002-0.023，抗拉强度为460～620Mpa，屈服强度为450～590Mpa，伸长率为9.3～12.2％。
上述阻尼合金的制备方法，25～35％体积分数的粒径范围为0.075～0.061mm的Al-Zn-Mg-Cu合金粉末、60～70％体积分数的粒径范围为0.031～0.053mm的Al-Zn-Mg-Cu合金粉末、3～7％体积分数的粒径范围为0.030-0.038mm的石墨粉末混合成混合物，混合物依次经球磨、烘干、包套抽真空、热压成型、挤压、时效处理得到阻尼合金。
所述混合物的球磨步骤为混合物与分散剂的重量比为100∶2混合形成球磨浆料，加入球磨珠，球磨3-4h。
所述烘干为将球磨后的混合物置于70℃～80℃的温度下烘干。
所述包套抽真空为将烘干后的混合物灌装到抽真空容器中对容器抽真空，再进行加热处理，所述加热处理为程序升温，升温程序依次为室温下30分钟内升至200度，200度下保温45分钟，10分钟内升至300度，300度下保温45分钟，10分钟内升至400度，400度下保温45分钟，10分钟内升至450度，450度下保温40分钟，10分钟内降至350度，保温20分钟，炉内自然冷却至室温。
所述热压成型为将包套抽真空后的混合物加热至500℃～600℃置于被加热至300℃～400℃的模具中，在30吨挤压机上10MPa的压力下进行热压处理。
所述挤压为300℃～500℃下，30吨挤压机上以挤压比为1∶6进行热挤压处理。
所述时效处理为将经挤压处理后的混合物经过T6态或T73态双效时效处理、水淬，得到阻尼合金。
所述T6态时效处理的条件为477℃下加热30min，淬火，120℃下加热24h；再在477℃下加热1h，淬火，120℃下加热24h；所述T73态时效处理的条件为477℃下加热1h，淬火，120℃下加热6h，177℃下加热8h。
本发明的目的是通过在25～35％体积分数的过200目的7050Al合金粉末和60～70％体积分数的过250目的7050Al合金粉末中加3～7％体积分数400～460目石墨粉末，再经过时效热处理，制备一种新的复合材料，使其内耗值不降低的情况下，同时提高阻尼合金的强度、延伸率，以及达到更好的耐腐蚀的要求。
附图说明
图1为本发明的实施例1所示的7050Al/Gr复合材料在不同热处理状态的内耗曲线。
具体实施方式
所述的Al-Zn-Mg-Cu系合金为本领域公知的Al-Zn-Mg-Cu系合金，如7050Al合金，可以采用商购的方式购得，也可以自制Al-Zn-Mg-Cu系合金。所述自制Al-Zn-Mg-Cu系合金为本领域公知的Al-Zn-Mg-Cu系合金的制备方法，下面通过对7050Al合金材料的自制方法进行进一步地说明，将7050Al合金按本领域公知的含量范围进行配料，配料进行经熔化、除气、除渣后在氩气保护下雾化喷粉，得到7050Al合金材料，7050Al合金材料经过过筛进行粒度选择，筛分成0.075～0.061mm的粗粒级颗粒和0.031-0.053mm的细粒级颗粒，分别按单一细颗粒和粗颗粒与细颗粒混合(粗、细颗粒质量比为1∶2)两种方案进行坯体配料。
本发明的发明人通过大量的实验发现，在25～35％体积分数的粒径范围为0.075～0.061微米的Al-Zn-Mg-Cu合金粉末、60～70％体积分数的粒径范围为＜0.053微米的Al-Zn-Mg-Cu合金粉末、3～7％体积分数的粒径范围为0.030-0.038微米的石墨粉末混合成混合物，经过一系列的粉末冶金处理的阻尼合金的耐腐蚀性以及强度、延伸率、内耗值等组成的综合性能最好，尤其是一定含量的石墨可以提高内耗值，进而增大阻尼合金的阻尼性能，但是石墨含量太多会导致阻尼合金的强度、耐腐蚀性能的下降。而合金粉末和石墨的粒径范围也是影响后续制备过程中晶体的分布均匀，乃至阻尼合金性能的重要参数。
所述混合物的球磨方法为本领域公知的球磨方法，步骤为混合物与分散剂按重量比100∶2混合后形成浆料，加入球磨珠，球磨3-4h，所述球磨珠可以为钢珠、锆球等常见的球磨珠。
所述烘干的方法为本领域公知的烘干方法，烘干温度为分散剂的沸点以下，如本发明采取的常见的分散剂酒精，烘干温度为70℃～80℃的温度下烘干，烘干至除去分散剂即可。
所述包套抽真空为将烘干后的混合物灌装到抽真空容器中对容器抽真空，再进行加热处理，所述加热处理为程序升温，升温程序依次为室温下30分钟内升至200度，200度下保温45分钟，10分钟内升至300度，300度下保温45分钟，10分钟内升至400度，400度下保温45分钟，10分钟内升至450度，450度下保温40分钟，10分钟内降至350度，保温20分钟，炉内自然冷却至室温。在抽真空的状态下加热处理，阻止了高温下合金粉末与空气中的氧气等反应气体的进一步的反应，对提高阻尼合金的性能有较明显的效果。同时，以上升温程序是发明人针对Al-Zn-Mg-Cu系阻尼合金在大量实验的基础上探索出的一套程序升温的方法。
所述热压成型的方法为本领域公知的热压成型的方法，是把粉末装在模腔内，在加压的同时使粉末加热到正常烧结温度或更低一些温度，经过较短时间烧结成致密而均匀的制品，热压可将压制和烧结两个工序一并完成，可以在较低压力和较低温度下迅速获得冷压烧结所达不到的密度。
所述挤压的方法为本领域公知的挤压的方法。
所述时效处理的方法为本领域公知的时效处理的方法，但是具体的时效处理工艺，为本发明的发明人针对Al-Zn-Mg-Cu系阻尼合金在大量实验的基础上探索出的一套时效处理具体操作方法。经过本发明所述的时效处理，使阻尼合金的机械性能得到了改善，进一步加强了阻尼合金的阻尼性能。所述的双级时效可以为具体下面几种具体处理中的一种，即
T6态：477℃/30min+淬火+120℃/24h
T6态：477℃/1h+淬火+120℃/24h
T73态：477℃/30min+淬火+120℃/6h+177℃/8h。
下面通过具体的实施例对本发明进行说明。
实施例1
商购的7050铝合金(西南铝厂)，以及粒度为过400目的石墨粉末。
7050铝合金加石墨的复合材料的制备过程：
混料→球磨→烘干→包套抽真空→热压成型→挤压→时效处理。
混料与球磨
35％体积分数(vol％)的粒径范围为0.075～0.061微米的Al-Zn-Mg-Cu合金粉末340g、60％体积分数的粒径范围为＜0.053微米的A1-Zn-Mg-Cu合金粉末730g、5％体积分数的粒径范围为0.030-0.038微米的石墨粉末混合成混合物60g。将混合物装入钢制混料罐中，混合物与酒精的重量比为100∶2，加入酒精，加入钢珠作为球磨珠进行球磨3h。在球磨的过程中为了使配料混合得更加均匀，每隔一段时间将混料罐翻转一下。
烘干
将球磨后的混合物置于在80℃的温度下烘干，直至酒精挥发掉为止。
包套抽真空
将烘干的混合物灌装到铝板焊成的内径为100mm的筒中真空加热除气，升温过程为程序升温，升温程序为30分钟内从室温升至200度，200度下保温45分钟，10分钟内升至300度，300度下保温45分钟，10分钟内升至400度，400度下保温45分钟，10分钟内升至450度，450度下保温40分钟，10分钟内降至350度，炉内自然冷却至室温。
热压成型
将包套抽真空后的铝罐加热至500℃置于被加热至320℃的内径为100mm的模具中在30吨挤压机上10MPa的压力下进行热压，得到热压成型锭子。
挤压加工
将热压成形后的Φ100mm的热压成型锭子线切割成Φ40mm的圆柱锭，连同作为对照的Φ40mm的7050Al合金锭子一起以挤压比16进行热挤压，在30吨挤压机上挤压成Φ10mm的棒材，在挤压前将挤压模与三套挤压杆及挤压垫片加热至320℃，锭子加热至450℃。
时效热处理
本发明，将试验试样在477℃在箱式电阻炉上进行固溶处理，各温度相差±3℃，固溶后进行水淬，时效过程在电热恒温干燥箱里进行，所述双级时效具体采取下面的温度处理方法，即T6态，477℃保温30min、淬火、淬火后120℃保温24h。
制备得到阻尼合金A1。
实施例2
与实施例1不同的是包套抽真空中的程序升温与实施例1的略有不同。
包套抽真空为将烘干后的混合物灌装到抽真空容器中对容器抽真空，再进行加热处理，所述加热处理为程序升温，升温程序依次为室温下45分钟内升至300度，300度下保温60分钟，10分钟内升至400度，400度下保温60分钟，10分钟内升至450度，450度下保温60分钟，炉内自然冷却至室温。
制备得到阻尼合金A2。
实施例3
与实施例1不同的是时效处理与实施例1的略有不同。时效过程在电热恒温干燥箱里进行，即T73态，465℃下保温60min、淬火、淬火后120℃保温3h，再在177℃下保温4h。
制备得到阻尼合金A3。
实施例4
与实施例1不同的是石墨的体积分数的不同。25％体积分数的粒径范围为0.075～0.061微米的Al-Zn-Mg-Cu合金粉末、68％体积分数的粒径范围为＜0.053微米的Al-Zn-Mg-Cu合金粉末、7％体积分数的粒径范围为0.030-0.038微米的石墨粉末混合成混合物。
制备得到阻尼合金A4。
对比例1
与实施例1不同的是石墨的体积分数为2％。制备得到阻尼合金B1。
对比例2
与实施例1不同的是石墨的体积分数为8％。制备得到阻尼合金B2。
性能测试
内耗性能测试
内耗性能测试主要是依据国家标准GB/T 18258-2000《阻尼材料阻尼性能测试方法》执行。
由图1可以看出随着温度的升高，7050Al/Gr复合材料在不同热处理状态的内耗值均不断增加，而且经T6态、T73态处理后的试样均在200℃左右的位置出现了一个内耗平台，说明阻尼性能比较稳定。
耐腐蚀性能测试
耐腐蚀性能的测试采用国家标准GB/T 19746-2005(金属和合金的腐蚀盐溶液周浸试验)。
力学性能测试
根据国家标准GB/T228-2002所提供的方法测试了如下参数，即σb：抗拉强度。σ_0.2：屈服强度。δ(％)：伸长率。
力学性能测试结果如下表1所示：
表1