[发明专利]一种环保型锌铝阻尼合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金领域，具体涉及一种环保型锌铝阻尼合金及其制备方法。

背景技术

随着现在工业越来越快速的发展，震动和噪声严重影响着机械设备运行的稳定性和可靠性。同时，建筑结构的抗震防灾安全性要求也越来越高，减震降噪成为众多领域急需解决的关键性工程问题。解决减震降噪问题的核心就是寻找高性能的阻尼材料。金属阻尼器是一种构造简单、造价低廉的耗能装置，被广泛地使用。现在人们使用的金属阻尼器主要有软钢阻尼器、铅阻尼器、形状记忆合金阻尼器。软钢阻尼器包括平面外及平面内屈服耗能钢板阻尼器两种，由于加工硬化和震后性能退化，在每次地震后都需要复检，甚至更换。铅阻尼器虽然金属塑性很好、刚度低、高阻尼等特点，但是铅阻尼器的恢复性较差，同时铅是一种对人体有害的材料。形状记忆合金阻尼器结构比较复杂，同时形状记忆合金阻尼器易受环境和温度的影响。因此，寻找一种具有不易加工硬化、具有较低的屈服极限的环保型阻尼材料显得尤为重要。

室温塑性锌铝系合金具有低屈服应力、高延展性、无工作硬化、耐磨性好、减震能力高以及无污染等特性，低屈服应力可使阻尼器能较早的进入耗能状态，高延展性和无工作硬化可提高阻尼器的使用寿命，减少震后的维修和更换工作。因此锌铝系阻尼合金具有非常大的市场竞争力。随着工业化的加速发展，减震降噪的要求进一步提高，市场迫切需要一种高阻尼性能的锌铝阻尼材料。孔令俊在硕士论文《室温下大尺寸Zn-22Al合金的力学性能研究及减震性能分析》中探索锌铝合金的减震性能，对锌铝合金的阻尼性能研究做出了前瞻性工作。专利CN101139673介绍了一种锌铝系合金阻尼性能的改善技术，即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。专利CN1045278提出了采用锌铝系减振合金取代原有的铸铁或普通铸造铝合金制造汽车变速器箱体，能明显降低了变速器的噪声，提高汽车箱体的使用性能，但是硅含量较高，合金材料脆性加大，不能很好地发挥合金的阻尼效果。杨斌在期刊《锌铝合金的研究进展》中提到，在锌铝系合金中加入钛和稀土，可以明显的细化枝晶组织，促使各相分布均匀，有效提高合金的抗拉强度和阻尼性能，但钛-稀土中间合金的添加量以及热处理工艺对整个合金材料阻尼性能的影响研究较少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有阻尼材料脆性大、易加工硬化等缺陷，提供一种无硅无铅、对环境无污染的环保型锌铝系阻尼合金新材料的制备方法，用于机械、建筑工程的耗能器制作。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种环保型锌铝阻尼合金，其原料按质量百分比计为：15%~27%的Al、0.01%~0.1%的Ti、0.1%~0.2%的稀土，0.02%~0.62的Cu，0.01%~0.5的Mg，余量为Zn，上述重量百分比之和为100%。

在Zn-Al合金中，钛-稀土中间合金颗粒的熔点较高且含量相较于锌铝较少，铝元素的熔点比锌元素的熔点高，铝的含量相对较少，在熔炼过程中，合金液表面会形成一层抗氧化能力很强的致密保护层，铝的抗氧化能力与锌相当，因此上述环保型锌铝阻尼合金的制备方法包含以下步骤：

（1）采用电阻炉熔炼，通过模具浇铸制备出合金锭。先将坩埚在300℃干燥预热30min，先加入铝金属块，熔炼温度为700~800℃，加入覆盖剂。

（2）铝块全部熔化后加入钛和稀土中间合金，等钛-稀土中间合金全部熔化后再加入铜块和镁块，熔化后加入锌块，熔炼温度降为600~650℃，加锌后补加覆盖剂，待合金完全熔化后，用钟罩依次压入锌合金专用精炼剂、除气剂、清渣剂，待温度降到550~600℃，浇铸于钢模具中。

（3）将制备出的锌铝阻尼合金进行如下方式的热处理：在330~360℃下保温36~72小时，出炉后在0~10℃之间冰水混合物中进行淬火冷却到室温，然后室温时效3天。室温时效处理后再进一步将淬火态的合金置于热处理炉中，在360℃下保温0.5~1小时，之后出炉在330~360℃进行热轧，轧制过程中温度浮动不能超过10℃，然后回炉在330~360℃下保温5~10分钟，进一步轧制，合金的压下率为25%~70%。之后将合金板放置在空气中自然冷却。