[发明专利]一种耐高温高强度阻尼镁合金材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种耐高温高强度阻尼镁合金材料及其制备方法，属于镁合金技术领域，该镁合金成分包含稀土元素Gd和Zn元素，Zr元素或Mn元素其中一种，还可以包含稀土元素Y、Ho、Sc中至少一种，对该镁合金铸锭进行固溶处理后进行热挤压或单向锻造，塑性变形后不需进行后续时效处理，即可得到所述的耐高温高强度阻尼镁合金。该镁合金及制备方法基于镁合金位错钉扎‑脱钉阻尼机制，通过小变形量的热塑性加工，在Mg‑Gd‑Zn稀土镁合金体系与不完全动态再结晶的协同作用下，形成包含LPSO相的大晶粒与再结晶细小晶粒的双峰组织，通过添加稀土提升耐高温性、双峰组织提升强韧性与保留大晶粒提升阻尼性实现了镁合金强韧性与阻尼减振性的较好匹配。

技术领域

本发明属于镁合金材料技术领域，特别涉及一种耐高温高强度阻尼镁合金材料及其制备方法。

背景技术

减振降噪材料是当今先进制造业中的重要功能材料，工业装备及精密仪器等产品在大部分工作环境下都将经受振动的作用，而振动和噪声时常会造成运行中发生故障甚至失效。随着我国装备制造、航空航天等领域向先进制造业迈进，各类产品要求的材料在满足结构轻量化、构件力学性能优良的同时，对设备精确稳定运行、构件抗疲劳、延长工作寿命等方面提出了更高要求，迫切需求轻质高强与高阻尼减振性能兼具的并能应对复杂工况的结构材料。而镁合金作为目前最轻的结构用金属材料，兼具高比强度、高比刚度、阻尼减振性等特点，在航空、航天、汽车和电子等领域有广阔的应用前景。

作为突出的结构减重和减振特性的镁合金，与其他金属结构材料相比，具有极为出色的阻尼性能。一般认为，金属材料阻尼值Q^-1≥0.01时可认为其具备高阻尼性能，纯镁在较低的应变振幅下阻尼值Q^-1已高于0.01，但其绝对强度较低阻碍了其作为阻尼结构材料的进一步应用。而通过稀土合金化方法和塑性变形加工可以使提升镁合金的综合力学性能和高温性能，但固溶原子强化、析出相强化、晶粒细化这些有利于强韧性的因素会导致镁合金晶体内可动位错的长度缩短、可动范围受限，进而导致损耗振动能量的效果降低，一般认为高合金化和塑性变形会在一定程度上降低镁合金阻尼性能。

目前镁合金中阻尼性能较突出的主要有Mg-Ni系、Mg-Cu-Mn系、Mg-Si系和Mg-Zr系合金。但这类镁合金因耐蚀性较低、制备工艺不易推广、绝对强度较低及高温下力学性能不稳定等问题，限制了工业上的进一步应用。

综上，考虑到镁合金中阻尼性能与力学性能之间的矛盾，有必要从成分改进及工艺改进两方面出发，开发一种高强度阻尼镁合金，特别是在较高温度下仍具备较高强度和较优的阻尼减振效果，有利于面对更复杂的工况。

发明内容

本发明的目的是克服现有阻尼镁合金强度和阻尼性能匹配较差的现状，提供一种组分分配合理的含稀土元素的耐高温高强度阻尼镁合金及其制备方法，通过加入稀土元素提升镁合金的高温力学性能与组织稳定性，同时加入Zn元素形成Mg-RE-Zn体系，使镁合金在固溶处理过程中首先形成晶内层片状LPSO相，进而匹配特定的塑性变形加工工艺实现不完全的动态再结晶。由于晶内层片状LPSO相存在一定的变形抗力，在变形程度较小的塑性变形的动态再结晶过程中含LPSO相的晶粒不易“破碎”因而可保留较大的晶粒，经变形后的镁合金可形成“含有LPSO相的大晶粒+已再结晶的细小等轴晶”的双峰组织。因此，在稀土合金强化、晶粒细化与织构强化的作用下镁合金强韧性得到提升，同时位错可在含有LPSO相的大晶粒中保持良好的可动性，可有效平衡镁合金高阻尼与高强韧之间的矛盾，并制备出性能更优的结构功能一体化的高强阻尼镁合金材料，可满足复杂工况对阻尼和力学性能兼具的轻合金材料的需求。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种耐高温高强度阻尼镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：