專利名稱：細(xì)晶鐵銻纖維浮石鎂合金復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種高阻尼細(xì)晶鐵銻纖維浮石鎂合金復(fù)合材料及 其制備方法。
背景技術(shù)：
目前金屬材料領(lǐng)域中，對纖維對鎂的阻尼作用受到了重視。CN200510027321. 1號申請涉及一種屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的提高纖維增強鎂基 復(fù)合材料阻尼性能的方法，包括以下步驟(1)去除碳或石墨纖維表面的膠層；(2)化學(xué)氣 相沉積熱解碳涂層采用含碳量高的烷氣作為熱解氣體，高溫分解產(chǎn)生的碳在脫膠后的碳 或石墨纖維表面沉積制得單質(zhì)熱解碳涂層，獲得碳涂層厚度從0. 1到幾百微米；(3)在制備 好表面有熱解碳涂層的碳或石墨纖維后，進行與純鎂或鎂合金的液態(tài)壓力浸漬復(fù)合制備鎂 基復(fù)合材料。該發(fā)明以碳或石墨纖維為增強體，以純鎂或鎂合金為基體，通過在碳或石墨纖 維表面化學(xué)氣相沉積熱解碳來得到特殊的界面層，雖然制備的鎂基復(fù)合材料其阻尼性能比 未涂層的顯著提高，可達(dá)到0.01的高阻尼范圍，但是大大破壞了碳或石墨纖維，材料的力 學(xué)性能因此受到破壞，并且工藝較為復(fù)雜。CN200910191481. 8號申請涉及一種具有優(yōu)良阻尼特性的短碳纖維增強鎂基復(fù)合 材料的制備方法，它包括以下步驟(1)去除短碳纖維表面的有機膠層；(2)化學(xué)鍍沉積金 屬鎳涂層，在堿性條件下通過控制沉積時間來得到需要厚度的涂層；(3)在制備好表面鍍 有金屬鎳涂層的短碳纖維后，采用粉末冶金法即可制備得到具有優(yōu)良阻尼特性的短碳纖維 增強鎂基復(fù)合材料。該發(fā)明將3 20%體積百分?jǐn)?shù)的化學(xué)鍍鎳短碳纖維加入到鎂基體中， 雖然強化了基體并賦予其更為優(yōu)良的阻尼性能，其阻尼性能具有比純鎂更優(yōu)良的阻尼性 能，可達(dá)到0.015的高阻尼范圍，但是工藝更為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種細(xì)晶鐵銻纖維浮石鎂合金復(fù)合材 料，該復(fù)合材料強度高，并且具有優(yōu)越的阻尼性能。本發(fā)明的另一目的是提供細(xì)晶鐵銻纖維增強鎂合金塊體復(fù)合材料的制備方法，該 制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種細(xì)晶鐵銻纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料，該復(fù)合材料以鎂合金為基體，在基 體上分布著細(xì)晶鐵銻纖維和浮石微粒，細(xì)晶鐵銻纖維的晶粒為1-10 μ m;細(xì)晶鐵銻纖維和 浮石二者占復(fù)合材料的體積百分比為45% _55%，其中細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的重量比為 1:1;該鎂合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量A1為20Z0 4%，Si為 3%，Pb 為 0. 01% 0. 05%，Mn 0. 01% 0. 05%，F(xiàn)e 為 0. 01% 0. 05%，Sb 為 0. 01% 0. 05%， Cu 為 0. 01% 0. 05%, Gd 為 0. 003% -0. 09%, Sm 為 0. 003% -0. 09%，其余為 Mg ；
3
細(xì)晶鐵銻纖維的化學(xué)成分的重量百分含量Sb為5 % 10 %，Cu為 0. 003% -0. 09%, Sm 為 0. 003% -0. 09%, Gd 為 0. 05% 0. 2%，其余為 Fe。本發(fā)明的細(xì)晶鐵銻纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料的制備方法，它包括以下步驟細(xì)晶鐵銻纖維的準(zhǔn)備按重量百分含Sb為5% 10%，Cu為0. 003% -0. 09%, Sm 為0. 003 % -0. 09 %，Gd為0. 05 % 0. 2 %，其余為Fe進行配料，原料置于帶有加熱裝置的 升液管內(nèi)熔化而形成鐵合金液；熔化溫度為1580-1600°C ；升液管下部套裝有柱塞，柱塞在 動力裝置帶動下可沿升液管上、下移動，柱塞上移時可將升液管內(nèi)液面抬高，從而便于轉(zhuǎn)輪 凸緣將合金液拽出，形成細(xì)晶鐵銻纖維，轉(zhuǎn)輪采用輪緣有凸緣的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪。)合金液 通過升液管與旋轉(zhuǎn)的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣接觸，水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣將合金液拽出，形成 合金材料纖維，轉(zhuǎn)輪凸緣的線速度為19-21m/s，細(xì)晶鐵銻纖維的直徑為10-45μπι;轉(zhuǎn)輪開 轉(zhuǎn)前開啟轉(zhuǎn)輪水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)進水溫度小于30°C ；然后將長徑比為8-10 1的細(xì)晶鐵銻纖維放入一個帶加熱的容器中，然后將粒度 為100-500 μ m的浮石也放入，攪拌10-15min，其中細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的體積比為1:1， 接著加入硅溶膠，硅溶膠的加入量是細(xì)晶鐵銻纖維和浮石混合體總重量的1_2%，繼續(xù)攪拌 10-15min，然后容器加熱到150-200°C，保溫30min后從容器中取出自然冷卻，便得到細(xì)晶 鐵銻纖維浮石預(yù)制體，接著將細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的預(yù)制體置于有加熱裝置的底部通真空 系統(tǒng)的鋼制模具的空腔中，控制細(xì)晶鐵銻纖維浮石預(yù)制體占金屬模具空腔體積的45-55%， 開啟模具加熱裝置，控制溫度為450-550°C ；鎂合金液的準(zhǔn)備將重量百分含量為Al為2% 4%，Si為 3%，Pb為 0. 01% 0. 05%，Mn 0. 01% 0. 05%，F(xiàn)e 為 0. 01% 0. 05%，Sb 為 0. 01% 0. 05%, Cu 為 0.01% 0. 05%, Gd 為 0. 003% -0. 09%, Sm 為 0. 003% -0. 09%，其余為 Mg 的原料在 680-720°C溫度下熔化成鎂合金液；開啟真空系統(tǒng)，控制上述金屬模具內(nèi)的相對真空度為_20Kpa，將上述鎂合金液體 澆入金屬模具內(nèi)細(xì)晶鐵銻纖維浮石預(yù)制體的上面，并注滿金屬模具，鎂合金液體在真空壓 力作用下滲入細(xì)晶鐵銻纖維浮石預(yù)制體，關(guān)閉金屬模具的加熱裝置，鎂合金液在金屬模具 內(nèi)冷卻凝固，形成細(xì)晶鐵銻纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下本發(fā)明的細(xì)晶鐵銻纖維中的Cu、Sm、Gd元素共同作用可保證鐵合金液與旋轉(zhuǎn)的水 冷銅合金轉(zhuǎn)輪接觸時，能形成細(xì)晶組織。這是因為Cu、Sm、Gd聯(lián)合作用可加強合金凝固時的 過冷能力。Sb、Cu、Sm、Gd元素共同作用抑止鐵合金中晶粒的長大。Sb和Fe可形成化合物， Cu、Sm、Gd可加強化合物彌散分布，因此可有效阻止晶粒的長大。鎂合金中的Sb、Cu、Sm、Gd元素和細(xì)晶鐵銻纖維中的元素對應(yīng)，便于鎂合金浸滲制 備時，促進鎂合金和鐵銻纖維合金的元素交流，因此這些元素共同作用能促進鎂合金和細(xì) 晶鐵纖維良好的界面冶金結(jié)合。Sm、Gd元素共同作用可有效改善鎂合金中Pb、Sb和鎂形成 的化合物分布，提高鎂合金本身的力學(xué)性能，形成鎂合金和細(xì)晶鐵銻纖維組織和力學(xué)性能 的匹配。鎂合金中Pb、Mn用于協(xié)調(diào)鎂合金和細(xì)晶鈦纖維的熱膨脹匹配。鎂合金中Al、Si, Pb,Mn同作用能促進鎂合金和浮石良好的界面結(jié)合。四

圖1為本發(fā)明實施例一制得的細(xì)晶鐵銻纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料的金相組
幺口
/Ν ο由圖1可以看到在鎂合金基體上分布有鐵銻纖維和浮石。
五具體實施例方式以下各實施例僅用作對本發(fā)明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。實施例一細(xì)晶鐵銻纖維的準(zhǔn)備按重量百分含Sb為5%，Cu為0. 003%，Sm為0. 003%, Gd 為0. 05%，其余為Fe進行配料；原料置于帶有加熱裝置的升液管內(nèi)熔化而形成鐵合金液； 熔化溫度為1580-160(TC。該升液管下部套裝有柱塞，柱塞在動力裝置帶動下可沿升液管 上、下移動，柱塞上移時可將升液管內(nèi)液面抬高，從而便于轉(zhuǎn)輪凸緣將合金液拽出，形成細(xì) 晶鐵銻纖維，轉(zhuǎn)輪采用輪緣有凸緣的水冷銅合金轉(zhuǎn)輪。合金液通過升液管與旋轉(zhuǎn)的水冷銅 合金轉(zhuǎn)輪凸緣接觸，水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣將合金液拽出，形成合金材料纖維，轉(zhuǎn)輪凸緣的線 速度為19-21m/s，轉(zhuǎn)輪開轉(zhuǎn)前開啟轉(zhuǎn)輪水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)進水溫度小于30°C。細(xì)晶鐵銻 纖維的直徑為10-45 μ m;然后(截取)將長徑比為8-10 1的細(xì)晶鐵銻纖維放入一個可 加熱的容器中，然后將粒度為100-500 μ m的浮石也放入，攪拌10-15min，其中細(xì)晶鐵銻纖 維和浮石的體積比為1 1，接著加入硅溶膠，硅溶膠的加入量是細(xì)晶鐵銻纖維和浮石混合 體總重量的1-2%，繼續(xù)攪拌10-15min，然后容器加熱到150-200°C，保溫30min后從容器 中取出自然冷卻，便得到細(xì)晶鐵銻纖維浮石預(yù)制體；浮石為含鋁、鉀、鈉的硅酸鹽，其具體成 份:Si02 占 65% -75%, A1203 占 9% -12%，其余為 CaO、MgO 及 Fe203。將細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的預(yù)制體置于有加熱裝置的底部通真空系統(tǒng)的鋼制模具 的空腔中，預(yù)制體占金屬模具空腔體積的50% (45% -55%均可，由此可控制細(xì)晶鐵銻纖 維和浮石占復(fù)合材料的體積百分比45% -55% )，開啟加熱裝置，控制金屬模具內(nèi)溫度為 450-550 0C ；鎂合金液的準(zhǔn)備將重量百分含量Al為2%，Si為l%，Pb為0.01%，Mn 0.01%, Fe 為 0. 01 %，Sb 為 0. 01 %，Cu 為 0. 01 %，Gd 為 0. 003%，Sm 為 0. 003%，其余為 Mg 進行配 料；將原料在680-720°C溫度下熔化成鎂合金液；開啟真空系統(tǒng)，控制上述金屬模具內(nèi)的相對真空度為-20Kpa，將上述鎂合金液體 澆入金屬模具內(nèi)細(xì)晶鐵銻纖維浮石預(yù)制體的上面，并注滿金屬模具，鎂合金液體在真空壓 力作用下滲入細(xì)晶鐵銻纖維浮石預(yù)制體，關(guān)閉金屬模具的加熱裝置，合金液在在金屬模具 內(nèi)真空條件下冷卻凝固，形成細(xì)晶鐵銻纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料。實施例二 鎂合金基體按重量百分含量A1為4%，Si為3 %，Pb為0. 05 %，Mn為0. 05 %，F(xiàn)e 為 0. 05%, Sb 為 0. 05%, Cu 為 0. 05%, Gd 為 0. 09%, Sm 為 0. 09%，其余為 Mg 進行配料；細(xì)晶鐵銻纖維按重量百分含量Sb為10%，Cu為0.09%，Sm為0.09%，Gd為 0. 2%，其余為Fe進行配料；制備預(yù)制體時細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的體積比為1 1，浮石為 含鋁、鉀、鈉的硅酸鹽，其具體成份Si02占65%-75%，A1203占9%-12%，其余為010、1%0及 Fe203。硅溶膠的加入量是細(xì)晶鐵銻纖維和浮石混合體總重量的1_2%，控制細(xì)晶鐵銻纖 維和浮石占鎂合金基體體積的55%。其制備過程同實施例一。實施例三鎂合金基體按重量百分含量A1為3%，Si為2%，Pb為0. 03%，Mn 0. 045%，F(xiàn)e 為 0. 04%, Sb 為 0. 03%,Cu 為 0. 03%,Gd 為 0. 009%，Sm 為 0. 009%，其余為 Mg 進行配料；細(xì)晶鐵銻纖維按重量百分含量Sb為7%，Cu為0.009%，Sm為0.009%，Gd為 0.1%，其余為Fe進行配料；制備預(yù)制體時細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的體積比為1 1，硅溶膠的加入量是細(xì)晶 鐵銻纖維和浮石混合體總重量的1_2%，控制細(xì)晶鐵銻纖維和浮石占鎂合金基體體積的 45%。其制備過程同實施例一。實施例四(原料成份配比不在本發(fā)明配比范圍內(nèi)的實例)鎂合金基體按重量百分含量A1為1%，Si為0.5%，Pb為0.005%，Mn 0. 005%, Fe 為 0. 005%, Sb 為 0. 005%, Cu 為 0. 005%, Gd 為 0. 002%, Sm 為 0. 002%，其余為 Mg 進 行配料；細(xì)晶鐵銻纖維按重量百分含量Sb為4%，Cu為0.002%，Sm為0.002%，Gd為 0. 04%，其余為Fe進行配料；制備預(yù)制體時細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的體積比為1 1，硅溶膠的加入量是細(xì)晶 鐵銻纖維和浮石混合體總重量的1_2%，控制細(xì)晶鐵銻纖維和浮石占鎂合金基體體積的 45% -55%。其制備過程同實施例一。實施例五(原料成份配比不在本發(fā)明配比范圍內(nèi)的實例)鎂合金基體按重量百分含量A1為5%，Si為4%，Pb為0.06%，Mn 0.06%，F(xiàn)e為 0. 06%, Sb 為 0. 065%, Cu 為 0. 06%，Gd 為 0. 1%，Sm 為 0. 1%，其余為 Mg 進行配料；細(xì)晶鐵銻纖維按重量百分含量Sb為11 %，Cu為0. 1 %，Sm為0. 1 %，Gd為0. 3 %， 其余為Fe進行配料；制備預(yù)制體時細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的體積比為1 1，硅溶膠的加入量是細(xì) 晶鐵銻纖維和浮石混合體總重量的1_2%，細(xì)晶鐵銻纖維和浮石占鎂合金基體體積的 45% -55%。其制備過程同實施例一。下表為不同成份與配比的合金性能對照表表 1 由上表可見，鎂合金中 Al、Si、Pb、Mn、Fe、Sb、Cu、Gd、Sm和細(xì)晶鐵銻纖維的Sb、Cu、Sm、Gd含量在本申請范圍內(nèi)，復(fù)合材料具有良好的性 能，如實施例一、實施例二和實施例三。細(xì)晶鐵銻纖維的這些元素超出本申請配比范圍，脆 性化合物數(shù)量多，形成網(wǎng)狀，會明顯降低細(xì)晶鐵銻纖維力學(xué)性能。鎂合金中Sb、Cu、Sm、Gd超出本申請配比范圍，鎂合金難以與細(xì)晶鐵銻纖維進行良 好的界面結(jié)合。鎂合金中Al、Si超出本申請配比范圍，鎂合金難以與浮石進行良好的界面 結(jié)合。因此會導(dǎo)致復(fù)合材料性能下降，還會大大影響阻尼性能，如實施例四和實施例五。
權(quán)利要求
一種細(xì)晶鐵銻纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料，該復(fù)合材料以鎂合金為基體，在基體上分布著細(xì)晶鐵銻纖維和浮石微粒，細(xì)晶鐵銻纖維的晶粒為1 10μm；細(xì)晶鐵銻纖維和浮石二者占復(fù)合材料的體積百分比為45％ 55％，其中細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的重量比為1∶1；該鎂合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量Al為2％～4％，Si為1％～3％，Pb為0.01％～0.05％，Mn 0.01％～0.05％，F(xiàn)e為0.01％～0.05％，Sb為0.01％～0.05％，Cu為0.01％～0.05％，Gd為0.003％ 0.09％，Sm為0.003％ 0.09％，其余為Mg；細(xì)晶鐵銻纖維的化學(xué)成分的重量百分含量Sb為5％～10％，Cu為0.003％ 0.09％，Sm為0.003％ 0.09％，Gd為0.05％～0.2％，其余為Fe。
2.一種細(xì)晶鐵銻纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它包括以下 步驟細(xì)晶鐵銻纖維的準(zhǔn)備按重量百分含Sb為5% 10%，Cu為0. 003% -0. 09%，Sm為 0. 003% -0. 09%，Gd為0. 05% 0. 2%，其余為Fe進行配料，原料置于帶有加熱裝置的升 液管內(nèi)熔化而形成鐵合金液；熔化溫度為1580-1600°C;合金液通過升液管與旋轉(zhuǎn)的水冷銅 合金轉(zhuǎn)輪凸緣接觸，水冷銅合金轉(zhuǎn)輪凸緣將合金液拽出，形成合金材料纖維，轉(zhuǎn)輪凸緣的線 速度為19-21m/s，細(xì)晶鐵銻纖維的直徑為10-45μπι;轉(zhuǎn)輪開轉(zhuǎn)前開啟轉(zhuǎn)輪水冷系統(tǒng)，水冷 系統(tǒng)進水溫度小于30°C ；然后將長徑比為8-10 1的細(xì)晶鐵銻纖維放入一個帶加熱的容器中，然后將粒度為 100-500μπι的浮石也放入，攪拌10-15min，其中細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的體積比為1 1， 接著加入硅溶膠，硅溶膠的加入量是細(xì)晶鐵銻纖維和浮石混合體總重量的1_2%，繼續(xù)攪拌 10-15min，然后容器加熱到150-200°C，保溫30min后從容器中取出自然冷卻，便得到細(xì)晶 鐵銻纖維浮石預(yù)制體，接著將細(xì)晶鐵銻纖維和浮石的預(yù)制體置于有加熱裝置的底部通真空 系統(tǒng)的鋼制模具的空腔中，控制細(xì)晶鐵銻纖維浮石預(yù)制體占金屬模具空腔體積的45-55%， 開啟模具加熱裝置，控制溫度為450-550°C ；鎂合金液的準(zhǔn)備將重量百分含量為Al為2% 4%，Si為 3%，Pb為0.01% 0. 05%，Mn0.01% 0.05%，F(xiàn)e*0.01% 0.05%，Sb*0.01% 0.05%，Cu*0.01% 0. 05%, Gd 為 0. 003% -0. 09%，Sm 為 0. 003% -0. 09%，其余為 Mg 的原料在 680_720°C溫 度下熔化成鎂合金液；開啟真空系統(tǒng)，控制上述金屬模具內(nèi)的相對真空度為_20Kpa，將上述鎂合金液體澆入 金屬模具內(nèi)細(xì)晶鐵銻纖維浮石預(yù)制體的上面，并注滿金屬模具，鎂合金液體在真空壓力作 用下滲入細(xì)晶鐵銻纖維浮石預(yù)制體，關(guān)閉金屬模具的加熱裝置，鎂合金液在金屬模具內(nèi)冷 卻凝固，形成細(xì)晶鐵銻纖維浮石鎂合金塊體復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種輕質(zhì)細(xì)晶鐵銻纖維浮石鎂合金復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料強度高，并且具有優(yōu)越的阻尼性能。該方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。該復(fù)合材料以鎂合金為基體，在基體上分布著細(xì)晶鐵銻纖維和浮石微粒，細(xì)晶鐵銻纖維的晶粒為1-10μm；纖維和浮石占復(fù)合材料的體積百分比為45％-55％，其中纖維和浮石的重量比為1∶1。
文檔編號B22D11/06GK101921942SQ20101022045
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者王玲, 繆文浩, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學(xué)