[发明专利]Zn－Al－Zr－Si高阻尼性能减振合金及其制备和热处理工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及ZnAl合金阻尼性能的改善，具体地说是一种Zn-Al-Zr-Si高阻尼性能减振合金及其制备方法和热处理工艺。通过在ZnAl合金中添加合金元素，并经过一定的热处理制度改善合金的显微组织，提高合金的阻尼性能。

背景技术：

随着现代工业的发展，人们除了对机械提出高性能、高效率、高精度的要求外，对于由机械装置引起的振动、噪声及其对环境污染的治理也日益重视。如何减少振动和抑制噪声是一个急需解决的重要课题。作为解决方法之一，高阻尼合金直接用于振源对减振降噪具有明显的效果。锌铝合金作为一种开发较早的减振合金，具有比重小、比强度高、非磁性、工艺性能优良、价格低廉等优点，目前已经广泛用于制作轴承、各种管接头、滑轮以及各类受冲击和磨损的铸件。其中Zn-22wt％Al合金不仅具有较好的超塑性能，而且在ZnAl系合金中拥有最好的阻尼性能。但是Zn-22wt％Al合金在室温、低频条件下的阻尼性能并不理想，影响了它的进一步使用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种Zn-Al-Zr-Si高阻尼性能减振合金及其制备方法和热处理工艺。通过添加合金元素，研制出一种制备方法简单，晶粒细化良好、成分均匀的拥有高阻尼性能的锌铝系合金。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种Zn-Al-Zr-Si高阻尼性能减振合金，按重量百分比计，合金化学成分如下：

铝22％-25％，锆0.1％-0.25％，硅0.1％-8％，锌余量。

所述的Zn-Al-Zr-Si高阻尼性能减振合金，锆较好为0.1％-0.2％，硅较好为0.5％-6％。

所述的Zn-A1-Zr-Si高阻尼性能减振合金的制备方法，包括如下步骤：

1)首先将纯铝，Al-12wt％Si及Al-4wt％Zr中间合金加入电阻炉中，升温至750±10℃熔化；

2)待铝全部熔化后，再加入纯锌熔化；

3)采用挤压铸造工艺，在500±10℃浇入模腔，10秒内开始施加压力，比压为80～100MPa，完全凝固后，开模取出铸件。

所述的Zn-Al-Zr-Si高阻尼性能减振合金的热处理工艺，包括如下步骤：

1)在350±10℃下保温2-3小时后，水淬冷却至室温；

2)在60±5℃下保温3-4小时后，水淬冷却至室温。

本发明在原有Zn-22wt％Al共析减振合金的基础上，通过添加少量的Zr以及Si元素，采用挤压铸造工艺并经过适当的热处理改善合金的性能，使相组织显著细化，增加可动相界面的数目；富含硅相，增加材料中位错的密度，并引入硅相/基体界面这一新的内耗源，从而提高合金的阻尼性能。

本发明以锌铝合金为基体，设计开发新的高阻尼性能的ZnAl合金。新减振合金的设计应根据合金的阻尼机制，采取适当的措施来改进，并且可以引入新的阻尼机理，进一步改善合金的减振性能。Zn-Al系减振合金属于复相型，其主要的阻尼机制包括界面阻尼、位错阻尼以及热弹性内耗。前者是基于第二相与基体的相界面上发生的非弹性粘滞运动，阻尼性能的高低取决于可动相界面的数目及相界面的可动性；位错阻尼是由于位错线在钉轧点间做往复的“弓出”运动形成应力应变滞后迴线造成，与合金中位错的密度以及位错线的长度有关，位错的密度越大，位错线越长，位错阻尼越高；热弹性内耗是由于材料内部各点受力不均匀，在材料内部形成温度差，从而造成热流引起能量而耗散掉，由于此部分内耗与材料的几何尺寸、受力状态有关，因此不在本材料设计的考虑范畴。另外，研究发现，向合金中添加强化相后，由于强化相与基体的热膨胀系数存在巨大差异，在合金的凝固冷却过程中，使得合金内部靠近强化相附近形成较大的应力集中，从而在强化相周围产生大量的位错；同时会在合金中形成新的界面(强化相/基体)，成为新的内耗源，此内耗与合金中强化相的数量以及强化相与基体间的摩擦系数有关。

为了提高Zn-Al减振合金的阻尼性能，根据上述阻尼机理，我们采取了以下几个措施：

1、毛坯采用挤压铸造工艺制备，以减少铸件中的疏松、气孔、偏析等铸造缺陷，获得成分均匀、晶粒细小的铸造组织。

2、通过调整热处理工艺，细化合金组织，特别是细化共析体，以增加相界面；

3、向合金中添加少量的锆和硅元素以形成弥散分布的第二相，进一步增加相界面，产生新的内耗源。

本发明的优点在于：

1、冶炼加工方法简单，生产成本低。

2、显著改善了合金的阻尼性能，室温下合金的减振系数提高约一倍。