CN111014679A - 一种高阻尼铝合金增强铁基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高阻尼铝合金增强铁基复合材料。该铁基复合材料增强相为6061铝合金，基体为多孔纯铁块(由纯铁粉烧结获得)，造孔剂为NH4HCO3颗粒，增强相在基体中的含量为10％‑50％；该复合材料通过造孔烧结后熔渗获得，多孔纯铁烧结温度为1000℃，保温1‑2小时后取出多孔纯铁空冷，然后将铝合金放置于熔炼炉内，加热至800℃，使铝块全部熔融，再将多孔纯铁放入熔炼炉内，在800℃下保温2小时，随后将试样取出空冷，获得铝合金增强铁基复合材料；本发明制备的铝合金增强铁基复合材料具有优异的阻尼性能，30℃时铝合金增强铁基复合材料的内耗值为0.0202‑0.0476，比其基体内耗值提高了2.2‑6.6倍，300℃时内耗值为0.0203‑0.0368，比其基体内耗值提高了2.2‑4.8倍。

Description

一种高阻尼铝合金增强铁基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高阻尼铝合金增强铁基复合材料。
背景技术
钢铁是我国经济的命脉，是工程中常用的材料，在国民经济中占有很大的比重，快速发展的工业对钢铁材料有着更高的要求。钢铁材料通常具有高强度，耐高温，导电导热性好，价格低廉等优点。但随着工业的发展，对钢铁材料减振和降噪的需求越来越突出。目前，主要是通过改变铁基体成分来改善钢铁材料的阻尼性能，形成阻尼钢。阻尼钢主要有以下三大类：1、铁磁类阻尼钢，例如Fe-Cr系阻尼合金；2、层错类阻尼钢，例如Fe-Mn系阻尼合金；3、复相类阻尼钢，该类阻尼钢目前仅限于铁基与高分子材料(多为粘弹性树脂)复合，使得材料在冲压、弯曲、焊接等过程中可能会出现钢板间错位、折边缺陷、点焊不良的问题。这些方法存在一定的缺点，例如需要改变基体成分，制备的粘弹性树脂增强铁基复合材料中粘弹性树脂与铁基体润湿性差和较差的焊接性等。烧结熔渗法作为一种崭新的方法克服了上述的缺点。用轻质较高阻尼的铝合金复合到钢铁材料中有望提高原有铁基材料的阻尼性能，通过烧结熔渗法将铝合金复合到铁基材料中，可将铝合金高的本征阻尼性能引入到复合材料中，同时，可避免高分子材料增强复相类阻尼钢的焊接不良性问题，且无需改变铁基成分。到目前为止，通过烧结熔渗法生产铝合金增强铁基复合材料的报道至今还尚未发现。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种制备高阻尼铝合金增强铁基复合材料的方法。
本发明涉及的铝合金增强铁基复合材料中，增强相为6061铝合金，基体为多孔纯铁块(由粒径为50μm的超高精细铁粉烧结制备获得)，造孔剂为NH4HCO3颗粒(粒径300-500μm)，增强相在基体中的含量为10％-50％。
铝合金增强铁基复合材料的制备方法具体步骤为：
(1)将粒径为50μm的超高精细铁粉和粒径为300-500μm的NH4HCO3颗粒按照一定的比例放置于V型混粉机中旋转混合5小时。
(2)将一定量混合均匀的粉末置于方形模具(长×宽×高，30mm×10mm×5mm)中，室温下通过万能材料试验机将其压制成型，压制力为200-300MPa，将压制好的生坯放置于石英管式烧结炉中。
(3)将纯度为99.9％的氩气作为保护气体持续不断地通入到管式烧结炉中，将管式烧结炉从室温开始加热，30分钟后升温至150℃-300℃保温1-2小时，通入的高纯氩气将NH4HCO3分解产生的CO2和NH3不断排出，再升温至1000℃，保温1-2小时进行烧结，然后随炉冷却至室温获得多孔纯铁。
(4)将铸态的6061铝块放置于小型熔炼炉内，将熔炼炉从室温加热至800℃，使铝块全部熔融，将烧结出来的多孔纯铁放置于熔炼炉内，在800℃下保温2小时，使铝液渗入到多孔纯铁中，随后将试样取出空冷，获得铝合金增强铁基复合材料。
本发明制备出的铝合金增强铁基复合材料，价格低廉，增强相分布均匀且易于控制尺寸，不需要改变基体成分，不存在杂质元素污染基体和界面反应的问题；在30℃-300℃温度范围内，复合材料阻尼性能均比其基体材料有大幅提高；30℃时铝合金增强铁基复合材料的内耗值为0.0202-0.0476，比其基体内耗值提高了2.2-6.6倍，300℃时内耗值为0.0203-0.0368，比其基体内耗值提高了2.2-4.8倍。
附图说明
图1为本发明实例1获得的多孔纯铁金相图。
图2为本发明实例1获得的铝合金增强铁基复合材料金相图
图3为本发明实例1获得的铝合金增强铁基复合材料与多孔纯铁的温度-内耗曲线图。
具体实施方式
实施例1：
(1)将粒径为50μm的超高精细铁粉和粒径为350μm的NH4HCO3颗粒按照质量比为1：1的比例在称量天平上称重后，将其放置于V型混粉机中旋转混合5小时。
(2)将混合均匀后的粉末置于方形模具(长×宽×高，30mm×10mm×5mm)中，室温下通过液压机将其压制成型，压制时的压力为200MPa，保压时间为5分钟，将压制好的生坯放置于管式烧结炉中。
(3)将纯度为99.9％的氩气作为保护气体持续不断地通入到管式烧结炉中，将管式烧结炉从室温开始加热，30分钟后升温至200℃保温1个小时，通入的高纯氩气将NH4HCO3分解产生的CO2和NH3不断排出，再升温至1000℃，保温1.5小时，之后随炉冷却至室温获得多孔纯铁块。
(4)将铸态的6061铝块放置于小型熔炼炉内，将熔炼炉从室温加热至800℃，使铝块全部熔融，将烧结获得的多孔纯铁块放置于装有铝液的熔炼炉内，在800℃下保温2小时，使铝液渗入到多孔纯铁块中，保温2小时后取出空冷，即得到铝合金增强铁基复合材料。
实施例2：
(1)将粒径为50μm的超高精细铁粉和粒径为300μm的NH4HCO3颗粒按照质量比为3：2的比例在称量天平上称重后，将其放置于V型混粉机中旋转混合5小时。
(2)将混合均匀后的粉末置于方形模具(长×宽×高，30mm×10mm×5mm)中，室温下通过液压机将其压制成型，压制时的压力为200MPa，保压时间为5分钟，将压制好的生坯放置于管式烧结炉中。
(3)将纯度为99.9％的氩气作为保护气体持续不断地通入到管式烧结炉中，将管式烧结炉从室温开始加热，30分钟后升温至150℃保温1个小时，通入的高纯氩气将NH4HCO3分解产生的CO2和NH3不断排出，再升温至1000℃，保温1.5小时，之后随炉冷却至室温获得多孔纯铁块。
(4)将铸态的6061铝块放置于小型熔炼炉内，将熔炼炉从室温加热至800℃，使铝块全部熔融，将烧结获得的多孔纯铁块放置于装有铝液的熔炼炉内，在800℃下保温2小时，使铝液渗入到多孔纯铁块中，保温2小时后取出空冷，即得到铝合金增强铁基复合材料。
实施例3：
(1)将颗粒直径为50μm的超高精细铁粉和颗粒直径为400μm的NH4HCO3颗粒按照质量比为7：3的比例在称量天平上称重后，将其放置于V型混粉机中旋转混合5小时。
(2)将混合均匀后的粉末置于方形模具(长×宽×高，30mm×10mm×5mm)中，室温下通过液压机将其压制成型，压制时的压力为250MPa，保压时间为5分钟，将压制好的生坯放置于管式烧结炉中。
(3)将纯度为99.9％的氩气作为保护气体持续不断地通入到管式烧结炉中，将管式烧结炉从室温开始加热，30分钟后升温至250℃保温1.5个小时，通入的高纯氩气将NH4HCO3分解产生的CO2和NH3不断排出，再升温至1000℃，保温1.5小时，之后随炉冷却至室温获得多孔纯铁块。
(4)将铸态的6061铝块放置于小型熔炼炉内，将熔炼炉从室温加热至800℃，使铝块全部熔融，将烧结获得的多孔纯铁块放置于装有铝液的熔炼炉内，在800℃下保温2小时，使铝液渗入到多孔纯铁块中，保温2小时后取出空冷，即得到铝合金增强铁基复合材料。
实施例4：
(1)将颗粒直径为50μm的超高精细铁粉和颗粒直径为450μm的NH4HCO3颗粒按照质量比为4：1比例在称量天平上称重后，将其放置于V型混粉机中旋转混合5小时。
(2)将混合均匀后的粉末置于方形模具(长×宽×高，30mm×10mm×5mm)中，室温下通过液压机将其压制成型，压制时的压力为300MPa，保压时间为5分钟，将压制好的生坯放置于管式烧结炉中。
(3)将纯度为99.9％的氩气作为保护气体持续不断地通入到管式烧结炉中，将管式烧结炉从室温开始加热，30分钟后升温至300℃保温2个小时，通入的高纯氩气将NH4HCO3分解产生的CO2和NH3不断排出，再升温至1000℃，保温2.5小时，之后随炉冷却至室温获得多孔纯铁块。
(4)将铸态的6061铝块放置于小型熔炼炉内，将熔炼炉从室温加热至800℃，使铝块全部熔融，将烧结获得的多孔纯铁块放置于装有铝液的熔炼炉内，在800℃下保温2小时，使铝液渗入到多孔纯铁块中，保温2小时后取出空冷，即得到铝合金增强铁基复合材料。
实施例5：
(1)将颗粒直径为50μm的超高精细铁粉和颗粒直径为500μm的NH4HCO3颗粒按照质量比为9：1比例在称量天平上称重后，将其放置于V型混粉机中旋转混合5小时。
(2)将混合均匀后的粉末置于方形模具(长×宽×高，30mm×10mm×5mm)中，室温下通过液压机将其压制成型，压制时的压力为300MPa，保压时间为5分钟，将压制好的生坯放置于管式烧结炉中。
(3)将纯度为99.9％的氩气作为保护气体持续不断地通入到管式烧结炉中，将管式烧结炉从室温开始加热，30分钟后升温至300℃保温2.5个小时，通入的高纯氩气将NH4HCO3分解产生的CO2和NH3不断排出，再升温至1000℃，保温3小时，之后随炉冷却至室温获得多孔纯铁块。
(4)将铸态的6061铝块放置于小型熔炼炉内，将熔炼炉从室温加热至800℃，使铝块全部熔融，将烧结获得的多孔纯铁块放置于装有铝液的熔炼炉内，在800℃下保温2小时，使铝液渗入到多孔纯铁块中，保温2小时后取出空冷，即得到铝合金增强铁基复合材料。
对最终得到的铝合金增强铁基复合材料和纯铁基体进行阻尼性能测试。采用动态力学分析仪(DMA Q800，TA)在30℃-350℃温度范围内连续测定试样的内耗值及其特征温度，选择单悬臂应变控制模式，升温速率均为5℃/min。
本发明铝合金增强铁基复合材料的阻尼性能为：30℃时内耗值为0.0202-0.0476，100℃时内耗值为0.0197-0.0386，200℃时内耗值为0.0206-0.372，300℃时内耗值为0.0203-0.0368。
本发明获得的铝合金增强铁基复合材料及其纯铁基体的阻尼性能测试的具体数据见下表。
Figure BDA0002286190410000051

Claims (2)

1.一种高阻尼铝合金增强铁基复合材料，其特征在于该铁基复合材料增强相为铝合金，基体为由纯铁粉烧结获得的多孔纯铁块，造孔剂为NH4HCO3颗粒，粒径300-500μm，增强相在基体中的含量为10％-50％。
2.根据权利要求1所述的一种高阻尼铝合金增强铁基复合材料，其特征在于，所述铝合金增强铁基复合材料的制备方法具体步骤为：
(1)将铁粉和NH4HCO3颗粒按照一定的比例放置于V型混粉机中旋转混合5小时，再将一定量混合均匀的粉末置于方形模具中，模具规格为长30mm×宽10mm×高5mm，室温下通过万能材料试验机将其压制成型，压制力为200-300MPa，将压制好的生坯放置于石英管式烧结炉中；
(2)将纯度为99.9％的氩气作为保护气体持续不断地通入到管式烧结炉中，将管式烧结炉从室温开始加热，30分钟后升温至150℃-300℃保温1-2小时，通入的高纯氩气将NH4HCO3分解产生的CO2和NH3不断排出，再升温至1000℃，保温1-2小时进行烧结，然后随炉冷却至室温获得多孔纯铁；
(3)将铸态的铝合金放置于小型熔炼炉内，将熔炼炉从室温加热至800℃，使铝块全部熔融，将烧结出来的多孔纯铁放置于熔炼炉内，在800℃下保温2小时，使铝液渗入到多孔纯铁中，随后将试样取出空冷，获得铝合金增强铁基复合材料。
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