[发明专利]一种轻质高强韧多主元阻尼合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种轻质高强韧多主元阻尼合金材料及其制备方法，所述的轻质高强韧多主元阻尼合金的原料组分质量百分比为：Al：1~5%、Co：25~35%、Ni：25~35%，余量为铁。由纯度大于99.95%的Fe、Co、Ni单质和Ni‑Al二元合金作为原料熔炼而成。制备方法包括：前处理、铸锭熔炼、合金均匀化、机械加工、热处理五个步骤。本发明发挥多主元合金的鸡尾酒效应，通过制备工艺向合金中引入固溶强化、细晶强化。本发明制备的多主元阻尼合金材料为单相FCC结构组织特征，具有较好的强韧性和阻尼性能搭配，在室温下其抗拉强度超过610MPa，断裂应变在35%以上，阻尼内耗值Q^‑1大于0.025，本发明制备工艺简单，易于实现，可适用于复杂环境条件下的阻尼结构材料。

技术领域

本发明属于金属功能材料领域，具体涉及一种轻质高强韧多主元阻尼合金材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的不断发展，航空航天、军事装备、路上交通和各种工业机械设备越来越追求高速化和大功率，这些频率范围较宽的随机激振会引起机械设备上一些结构的共振效应，从而使仪器部件失效、仪表失灵等，还会对人类的健康产生负面的影响。采用附加减振、隔音装置的方法是机器设计从源头抓起的典型案例，但这种设计必然增加机械的重量与成本。而降低材料密度，使工业设备减重是实现节能减排的重要思路。阻尼合金拥有将机械振动能转化为热能并耗散掉的物理特性，兼具有良好的力学性能，非常适用于制造机械部件。目前应用较多的金属阻尼材料是Mn-Cu系、Cu-Zn-Al系、Fe-Cr-Mo系合金，这类合金的阻尼性能很好，但强度不高且密度较大，限制了这类合金在机械设备领域中的广泛应用。

近年来，采用多主元成分设计思路发展新型材料引起了人们越来越多关注。多主元合金是以多种元素为主元，每种元素原子百分比相等或近似相等，设计出具有较高混合熵的新型合金。由于多主元合金具有较高的混合熵，使得合金具有优异的综合性能，比如高强、高韧、优异耐腐蚀性、良好温度稳定性等，受到科研工作者的广泛关注。

发明内容

本发明旨在提供一种轻质高强韧多主元阻尼合金材料及其制备方法。提出一种既能提高强韧又降低密度的方法是在Fe-Co-Ni基合金体系中添加轻质元素Al，通过多主元合金成分优化设计和特定的制备工艺，向合金中引入固溶强化、细晶强化，从而提高合金的强韧性和阻尼性能。该合金的成分特征总体上有三个方面：一是Fe、Co和Ni的含量接近，是一种多主元合金；二是通过添加Al的含量，使合金的密度大幅度降低，三是通过特定的制备工艺，提高了合金的强韧性和阻尼性能。因此，本发明解决的关键技术是一种轻质高强韧多主元阻尼合金材料极其制备方法。

优选地，本发明提供了一种轻质高强韧多主元阻尼合金材料及其制备方法，所述合金材料的原料组分质量百分比为：Al：1~5%、Co：25~35%、Ni：25~35%；余量为铁。

一种本发明轻质高强韧多主元阻尼合金材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）前处理：选用纯度均大于99.95%（质量分数wt.%）的Fe、Co、Ni和Ni-Al二元合金为原料。配料前，经不同型号砂纸（400#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#）打磨原料表面以去除表面氧化皮和杂质，在无水乙醇中超声清洗20min，在干燥箱中干燥1h，按照原料组分配比配料；