專利名稱：一種高阻尼金屬多孔材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬多孔材料及其制備方法，尤其涉及Al-Mg高阻尼金屬多孔材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
阻尼是指材料在振動中由于內(nèi)部原因引起機(jī)械振動能量消耗的現(xiàn)象，阻尼性能又稱為減振性能，是材料的一種功能特性，常用內(nèi)耗值(Τ來表征。材料的阻尼性能具有減少振動、降低噪音和提高疲勞性能的作用。航空、航天、原子能、石化、冶金、機(jī)械、醫(yī)藥、環(huán)保等行業(yè)對高阻尼材料具有廣泛需求。高阻尼金屬材料的制備方法主要有攪拌鑄造法、噴射共沉積法和快速凝固/粉末冶金法等，但制備的材料往往存在密度大、比強(qiáng)度低和耐熱性差等缺點(diǎn)，難以滿足行業(yè)對高阻尼金屬材料的需求。金屬多孔材料具有阻尼特性，并兼有密度小、可焊接、抗老化、耐高溫、耐腐蝕等綜合性能，具有廣闊的應(yīng)用前景，已成為一種兼具功能和結(jié)構(gòu)雙重屬性的性能優(yōu)異的新型高阻尼金屬材料。目前制備新型金屬多孔材料的制備方法主要有(1)、液相法(顆粒滲流法、精密鑄造法、熔融金屬發(fā)泡法、空心球鑄造法)；O)、粉末冶金法(粉末燒結(jié)發(fā)泡法、燒結(jié)-脫溶法、松散粉末燒結(jié)法、中空球燒結(jié)法)；(3)、沉積法(金屬氣相蒸發(fā)沉積法、原子濺射沉積法、電化學(xué)沉積法)等。但上述方法中一般均添加發(fā)泡劑、揮發(fā)物等添加物，這些添加物會在材料中殘留形成微觀不均勻夾雜物對金屬多孔材料的性能帶來不利的影響；同時孔結(jié)構(gòu)的不均勻性、孔壁的結(jié)構(gòu)也是影響金屬多孔材料阻尼性能的主要因素。如目前廣泛使用的泡沫鋁金屬多孔材料，孔隙率達(dá)50%以上時其內(nèi)耗值Q—1在 4. 6 6. 2 X 10_3之間，但其抗彎強(qiáng)度不超過20Mpa。本發(fā)明采用的利用反應(yīng)自熔和熱變形原理制備Al-Mg高阻尼金屬多孔材料的方法，未見相關(guān)文獻(xiàn)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高阻尼金屬多孔材料及其制備方法，采用低溫反應(yīng)自熔原理和熱變形時效處理，以獲得一種低密度、高強(qiáng)度、高阻尼性能的具有孔緣強(qiáng)化效應(yīng)的金屬多孔材料。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種高阻尼金屬多孔材料，其特征在于該材料各組份重量百分比為Al粉40% 90%，其余為Mg粉。所述的高阻尼金屬多孔材料的制備方法包括下列步驟(1)粉體預(yù)處理Al粉在150 200°C X 1 2h條件下烘干；Mg粉在100 120°C Xl 2h條件下烘干；
(2)混合配料將烘干的Al粉、Mg粉按重量百分比稱取倒入混料機(jī)中進(jìn)行攪拌混合 40 60min ；(3)壓制成型將Al粉、Mg粉的混合料在成型壓機(jī)中以300 400Mpa的壓力下壓制成型；(4)燒結(jié)在原位燒結(jié)設(shè)備中燒結(jié)，燒結(jié)溫度450 500°C，保溫10 15min ；(5)熱變形時效處理加熱溫度430 460°C，保溫時間5 lOmin，然后進(jìn)行擠壓變形，變形量10 90%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的高阻尼金屬多孔材料有如下特點(diǎn)(1)、原料中不含有添加劑或發(fā)泡劑，制備的材料不生成影響性能的脆性相夾雜；(2)、燒結(jié)過程中發(fā)生自熔反應(yīng)復(fù)合，合金液相自熔發(fā)生相分離，順序凝固收縮形成表面圓整、內(nèi)部真空的孔洞，孔壁邊緣生成增強(qiáng)相；( 、通過熱變形時效處理，孔緣增強(qiáng)相發(fā)生變形，大幅度提高材料的力學(xué)性能；(4)、形成的閉孔不含氣體且有孔緣強(qiáng)化相的生成，提高了材料的阻尼性能。因此制備的材料是一種低密度、高強(qiáng)度、高阻尼性能的多孔材料；本發(fā)明的制備方法還具有工藝簡單、 操作方便、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是用本發(fā)明制備的具有孔緣強(qiáng)化相的多孔材料的微觀組織(未經(jīng)熱變形時效處理)。圖2是用本發(fā)明制備的熱變形時效處理強(qiáng)化后的多孔材料的微觀組織。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。一種高阻尼金屬多孔材料及其制備方法，本發(fā)明的材料采用Al粉和Mg粉的組合， 其配比按重量百分比為A1粉40% 90%，其余為Mg粉。在原料中不加添加劑或發(fā)泡劑。本發(fā)明的制備方法采用的是低溫反應(yīng)自熔原理和熱變形時效處理，制備步驟包括料體預(yù)處理；混合配料；壓制成型；燒結(jié)；熱變形時效處理等。其中燒結(jié)設(shè)備稱原位燒結(jié)設(shè)備，是本申請人按PSP等離子燒結(jié)設(shè)備自行設(shè)計改裝而成。工序的燒結(jié)和工序(5)的熱變形時效處理可在上述同一設(shè)備中連續(xù)進(jìn)行；或者工序(5)的熱變形時效處理也可以在其它設(shè)備中完成。圖1是燒結(jié)工序后具有孔緣強(qiáng)化相的多孔材料的微觀組織，此時未經(jīng)熱變形時效處理。圖2是經(jīng)熱變形時效強(qiáng)化處理后多孔材料的微觀組織，可大幅度提高材料的力學(xué)性能。實(shí)施例一 =Al-Mg多孔材料，成分為75Al_25Mg。具體操作步驟為將Al粉在 1500C X2h條件下烘干，Mg粉在110°C X Ih條件下烘干；稱取Al粉75g，Mg粉25g，在混料機(jī)中混合60分鐘、冷壓GOOMpa)制成Φ30πιπι棒坯；在原位燒結(jié)設(shè)備中燒結(jié)，500°C保溫15 分鐘；對燒結(jié)制品在460°C條件下保溫時間IOmin后進(jìn)行擠壓變形，變形量25%。制得的多孔材料孔隙率12. 5%，抗彎強(qiáng)度180Mpa,內(nèi)耗值Q-1為9. 2X 10_3。實(shí)施例二 =Al-Mg多孔材料，成分為60Al_40Mg。具體操作步驟為將Al粉在 2000C X Ih條件下烘干，Mg粉在100°C X 2h條件下烘干；稱取Al粉60g，Mg粉40g，在混料機(jī)中混合40分鐘、冷壓(300Mpa)制成Φ30πιπι棒坯；在原位燒結(jié)設(shè)備中燒結(jié)，460°C保溫10 分鐘；對燒結(jié)制品在450°C條件下保溫時間Smin后進(jìn)行擠壓變形，變形量40%。制得的多孔材料孔隙率19%，抗彎強(qiáng)度200Mpa,內(nèi)耗值Q-1為2. 13X 10_2。 實(shí)施例三=Al-Mg多孔材料，成分為40Al_60Mg。具體操作步驟為將Al粉在 1750C X 2h條件下烘干，Mg粉在120°C X Ih條件下烘干；稱取Al粉40g，Mg粉60g，在混料機(jī)中混合50分鐘、冷壓(350Mpa)制成Φ30πιπι棒坯；在原位燒結(jié)設(shè)備中燒結(jié)，460°C保溫12 分鐘；對燒結(jié)制品在430°C條件下保溫時間5min后進(jìn)行擠壓變形，變形量70%。制得的多孔材料孔隙率，抗彎強(qiáng)度190Mpa，內(nèi)耗值Q-1為3. 56X 10_2。
權(quán)利要求
1.一種高阻尼金屬多孔材料，其特征在于該材料各組份重量百分比為 Al粉40% 90%，其余為Mg粉。
2.一種如權(quán)利要求1所述的高阻尼金屬多孔材料的制備方法，其特征在于該制備方法包括下列步驟(1)粉體預(yù)處理A1粉在150 200°CXl 2h條件下烘干；Mg粉在100 120°C Xl 2h條件下烘干；(2)混合配料將烘干的Al粉、Mg粉按重量百分比稱取倒入混料機(jī)中進(jìn)行攪拌混合 40 60min ；(3)壓制成型將Al粉、Mg粉的混合料在成型壓機(jī)中以300 400Mpa的壓力下壓制成型；(4)燒結(jié)在原位燒結(jié)設(shè)備中燒結(jié)，燒結(jié)溫度450 500°C，保溫10 15min；(5)熱變形時效處理加熱溫度430 460°C，保溫時間5 lOmin，然后進(jìn)行擠壓變形， 變形量10 90%。
全文摘要
本發(fā)明是一種高阻尼金屬多孔材料及其制備方法，該材料各組份重量百分比為Al粉40％～90％，其余為Mg粉。制備方法步驟(1)粉體預(yù)處理Al粉在150～200℃×1～2h烘干；Mg粉在100～120℃×1～2h烘干；(2)混合配料將烘干的Al粉、Mg粉在混料機(jī)中攪拌混合40～60min；(3)壓制成型混合后的料在成型壓機(jī)中以300～400Mpa壓力下壓制成型；(4)燒結(jié)在原位燒結(jié)設(shè)備中燒結(jié)溫度450～500℃，保溫10～15min；(5)熱變形時效處理加熱溫度430～460℃，保溫5～10min，然后擠壓變形，變形量10～90％。本發(fā)明制備的材料是一種低密度、高強(qiáng)度、高阻尼性能的多孔材料，制備方法工藝簡單、操作方便、生產(chǎn)效率高。
文檔編號C22C21/06GK102162052SQ20111007275
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者史洪剛, 尚福軍, 易更, 柴東朗, 田開文, 祝理君, 黃偉 申請人:中國兵器工業(yè)第五二研究所