專利名稱：一種稀土泡沫鋅鋁合金復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種稀土泡沫鋅鋁合金復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
泡沫鋁及其合金是一種新型的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，它具有較低的屈服強度和比其基體金屬大得多的壓縮應(yīng)變，因而在消聲、減震、分離工程、催化載體、屏蔽防護、吸能緩沖等一些高技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。由于多孔效應(yīng)的作用，泡沫鋁具有比其基體材料本身高得多的阻尼性能。然而，應(yīng)該認(rèn)識到基體本身的性質(zhì)對泡沫金屬的阻尼性能具有重要的決定作用，Zn-Al合金是典型超塑性阻尼合金，泡沫Zn-Al合金較泡沫鋁具有較高的抗壓強度和阻尼性能。稀土元素作為變質(zhì)劑添加到泡沫Zn-Al合金中可進一步細(xì)化材料的組織，提高材料的強度，改善材料的力學(xué)性能，另外稀土的交互作用可以消除有害雜質(zhì)鐵、鉛，改善合金的機械性能，也有利于放寬雜質(zhì)的限量，降低成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種稀土泡沫鋅鋁合金復(fù)合材料的制備方法，該方法制備得到的新材料稀土泡沫鋅鋁合金，具有硬度高、強度大、抗腐蝕性和耐磨性的特點。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，稀土泡沫鋅鋁合金復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟
a.將鋅鋁合金加熱至融化，添加Al-La或Al-Ce中間合金，使La或Ce在Zn-Al-La或Zn-Al-Ce中的質(zhì)量比為0.1％～0.7％，保持該稀土鋅鋁合金熔體滲流溫度為450℃～550℃；b.將工業(yè)食鹽進行去結(jié)晶水和破碎處理后，倒入模具中緊實，并于350℃～450℃溫度間預(yù)熱；c.把裝有食鹽顆粒的模具插入到上述稀土鋅鋁合金熔體中滲流10～40秒；d.待滲流結(jié)束，稀土鋅鋁合金凝固后，取出食鹽顆粒與稀土鋅鋁合金的復(fù)合體，除去食鹽顆粒，得到稀土泡沫鋅鋁合金。
本發(fā)明的特點還在于，把裝有食鹽顆粒的模具插入到稀土鋅鋁合金熔體中進行滲流，是采用以下步驟把食鹽顆粒裝入模具的一端并緊實，把裝有食鹽顆粒的模具的一端插入到上述稀土鋅鋁合金熔體中，把模具的另一端通過真空管與真空罐相連接，抽真空使真空罐的真空度達(dá)到-0.01～-0.08Mpa，使稀土鋅鋁合金熔體在負(fù)壓下滲流10～40秒。
本發(fā)明的制備方法操作簡單、成本較低，在Zn-Al合金中添加稀土元素鑭或鈰，制成稀土泡沫鋅鋁合金，鑭或鈰作為變質(zhì)劑，使基體Zn-Al合金材料的硬度、強度、抗腐蝕性、耐磨性和阻尼本領(lǐng)得到較大提高。


圖1是本發(fā)明制備方法的流程圖；圖2是提供一種本發(fā)明方法中采用的負(fù)壓裝置示意圖；圖3是本發(fā)明方法制備得到的復(fù)合材料金相組織照片，其中，a是0.1wt％La r＝1.0mm泡沫Zn-22％Al，b是0.7wt％La r＝1.0mm泡沫Zn-22％Al，c是0.1wt％Ce r＝0.5mm泡沫Zn-22％Al，d是0.7wt％Ce r＝0.5mm泡沫Zn-22％Al。
圖中，1.真空泵，2.真空罐，3.電阻爐，4.壓力表，5.閥，6.真空管，7.模具。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的稀土泡沫鋅鋁合金復(fù)合材料的制備方法，合金中鋁的含量為(質(zhì)量分?jǐn)?shù))5％、22％、27％，在每一種合金成分里分別添加稀土元素鑭或鈰，具體按以下步驟進行第一步，將鋅鋁合金加熱至融化，添加高純度的Al-La或Al-Ce中間合金，使La或Ce在Zn-Al-La或Zn-Al-Ce中的質(zhì)量比為0.1％～0.7％，保持稀土鋅鋁合金熔體滲流溫度為450℃～550℃；第二步，將工業(yè)食鹽進行去結(jié)晶水和破碎處理后，倒入模具中緊實，并于350℃～450℃溫度間預(yù)熱；第三步，把裝有食鹽顆粒的模具插入到上述稀土鋅鋁合金熔體中進行滲流，滲流時間10～40秒，滲流可采取在負(fù)壓狀態(tài)下進行，把食鹽顆粒裝入鋼管模具的一端并緊實，把裝有食鹽顆粒的鋼管模具的一端插入到稀土鋅鋁合金熔體中，把鋼管模具的另一端通過真空管與真空罐相連接，抽真空使真空罐的真空度達(dá)到-0.01～-0.08Mpa，使稀土鋅鋁合金熔體在負(fù)壓下滲流10～40秒；第四步，待稀土鋅鋁合金凝固后，取出食鹽顆粒與稀土鋅鋁合金的復(fù)合體，水煮除去食鹽顆粒。該方法可以制備出孔徑為0.1～3.0mm、孔隙率為60％～90％的通孔稀土泡沫鋅鋁合金。
圖2提供了一種本發(fā)明方法所使用的負(fù)壓滲流裝置，工作時，將真空泵1打開，對真空罐2抽真空，通過閥5和真空壓力表4來控制真空罐2的真空度，達(dá)到要求的真空度后，將模具7通過真空管6連接到真空罐2，模具7上裝滿食鹽的一端在恒定的負(fù)壓下插入電阻爐3的金屬液中開始滲流。
實施例1將29g鋁塊放入坩堝，在電阻爐中加熱至融化，再將552g鋅塊加入到坩堝中，制備出Zn-5％Al合金溶液，然后把5.8g的Al-10％La中間合金添加到Zn-5％Al合金溶液中，制備出Zn-5％Al-0.1％La合金溶液，保持Zn-5％Al-0.1％La合金熔體滲流溫度為550℃；選取顆粒直徑為1.0mm的食鹽顆粒21g裝入Φ22mm×68mm的模具中，并且在450℃下保溫，使其預(yù)熱溫度均勻，然后將模具插入到Zn-5％Al-0.1％La合金熔體中，使Zn-5％Al-0.1％La合金熔體在真空度為-0.01Mpa的壓力下滲流40秒，去除食鹽顆粒即可獲得質(zhì)量為37g、孔徑為1.0mm、孔隙率82％的Φ20mm×65mm通孔Zn-5％Al-0.1％La稀土泡沫鋅鋁合金。
實施例2將30g鋁塊放入坩堝，在電阻爐中加熱至融化，再將554g鋅塊加入到坩堝中，制備出Zn-5％Al合金溶液，然后把44g的Al-10％La中間合金添加到Zn-5％Al合金溶液中，制備出Zn-5％Al-0.7％La合金溶液，保持Zn-5％Al-0.7％La合金熔體滲流溫度為450℃；選取顆粒直徑為1.0mm的食鹽顆粒19g裝入Φ22mm×68mm的模具中，并且在445℃下保溫，使其預(yù)熱溫度均勻，然后將模具插入到Zn-5％Al-0.7％La合金熔體中，使Zn-5％Al-0.7％La合金熔體在真空度為-0.06Mpa的壓力下滲流30秒，待Zn-5％Al-0.7％La合金凝固后，去除食鹽顆粒即可獲得質(zhì)量41g、孔徑為1.0mm、孔隙率80％的Φ20mm×65mm通孔Zn-5％Al-0.7％La稀土泡沫鋅鋁合金。
實施例3將97g鋁塊放入坩堝，在電阻爐中加熱至融化，再將344g鋅塊加入到坩堝中，制備出Zn-22％Al合金溶液，然后把4.5g的Al-10％La中間合金添加到Zn-22％Al合金溶液中，制備出Zn-22％Al-0.1％La合金溶液，保持Zn-22％Al-0.1％La合金熔體滲流溫度為500℃；選取顆粒直徑為1.0mm的食鹽顆粒20g裝入Φ22mm×68mm的模具中，并且在400℃下保溫，使其預(yù)熱溫度均勻，然后將模具插入到Zn-22％Al-0.1％La合金熔體中，使Zn-22％Al-0.1％La合金熔體在真空度為-0.01Mpa的壓力下滲流20秒，待Zn-22％Al-0.1％La合金凝固后，去除食鹽顆粒即可獲得質(zhì)量為38g、孔徑為1.0mm、孔隙率83％的Φ20mm×65mm通孔Zn-22％Al-0.1％La稀土泡沫鋅鋁合金。
實施例4將95g鋁塊放入坩堝，在電阻爐中加熱至融化，再將340g鋅塊加入到坩堝中，制備出Zn-22％Al合金溶液，然后把32.5g的Al-10％La中間合金添加到Zn-22％Al合金溶液中，制備出Zn-27％Al-0.7％La合金溶液，保持Zn-22％Al-0.7％La合金熔體滲流溫度為550℃；選取顆粒直徑為1.0mm的食鹽顆粒23g裝入Φ22mm×68mm的模具中，然后然后將模具插入到Zn-22％Al-0.7％La合金熔體中，使Zn-22％Al-0.7％La合金熔體在真空度為-0.08Mpa的壓力下滲流40秒，待Zn-22％Al-0.7％La合金凝固后，去除食鹽顆粒即可獲得質(zhì)量為42g，39g、孔徑為1.0mm、孔隙率87％的Φ20mm×65mm通孔Zn-22％Al-0.7％La稀土泡沫鋅鋁合金。
實施例5將155g鋁塊放入坩堝，在電阻爐中加熱至融化，再將419g鋅塊加入到坩堝中，制備出Zn-27％Al合金溶液，然后把5.8g的Al-10％La中間合金添加到Zn-27％Al合金溶液中，制備出Zn-27％Al-0.1％La合金溶液，保持Zn-27％Al-0.1％La合金熔體滲流溫度為550℃；選取顆粒直徑為1.0mm的食鹽顆粒21g裝入Φ22mm×68mm的模具中，并且在450℃下保溫，使其預(yù)熱溫度均勻，然后將模具插入到Zn-27％Al-0.1％La合金熔體中，使Zn-27％Al-0.1％La合金熔體在真空度為-0.06Mpa的壓力下滲流40秒，待Zn-27％Al-0.1％La合金凝固后，去除食鹽顆粒即可獲得質(zhì)量為39g、孔徑為1.0mm、孔隙率88％的Φ20mm×65mm通孔Zn-27％Al-0.1％La稀土泡沫鋅鋁合金。
實施例6將160g鋁塊放入坩堝，在電阻爐中加熱至融化，再將443g鋅塊加入到坩堝中，制備出Zn-27％Al合金溶液，然后把45g的Al-10％La中間合金添加到Zn-27％Al合金溶液中，制備出Zn-27％Al-0.7％La合金溶液，保持Zn-27％Al-0.7％La合金熔體滲流溫度為450℃；選取顆粒直徑為1.0mm的食鹽顆粒20g裝入Φ22mm×68mm的模具中，并且在450℃下保溫，使其預(yù)熱溫度均勻，然后將模具插入到Zn-27％Al-0.7％La合金熔體中，使Zn-27％Al-0.7％La合金熔體在真空度為-0.08Mpa的壓力下滲流30秒，待Zn-27％Al-0.7％La合金凝固后，去除食鹽顆粒即可獲得質(zhì)量為38g、孔徑為1.0mm、孔隙率88％的Φ20mm×65mm通孔Zn-27％Al-0.7％La稀土泡沫鋅鋁合金。
實施例7將33g鋁塊放入坩堝，在電阻爐中加熱至融化，再將555g鋅塊加入到坩堝中，制備出Zn-5％Al合金溶液，然后把6g的Al-10％Ce中間合金添加到Zn-5％Al合金溶液中，制備出Zn-5％Al-0.1％Ce合金溶液，保持Zn-5％Al-0.1％Ce合金熔體滲流溫度為450℃；選取顆粒直徑為0.5mm的食鹽顆粒16g裝入Φ22mm×68mm的模具中，并且在450℃下保溫，使其預(yù)熱溫度均勻，然后將模具插入到Zn-5％Al-0.1％Ce合金熔體中，使Zn-5％Al-0.1％Ce合金熔體在真空度為-0.08Mpa的壓力下滲流40秒，待Zn-5％Al-0.1％Ce合金凝固后，去除食鹽顆粒即可獲得質(zhì)量43g、孔徑為0.5mm、孔隙率84％的Φ20mm×65mm通孔Zn-5％Al-0.7％Ce稀土泡沫鋅鋁合金。
實施例8將29.1g鋁塊放入坩堝，在電阻爐中加熱至融化，再將553g鋅塊加入到坩堝中，制備出Zn-5％Al合金溶液，然后把43.5g的Al-10％Ce中間合金添加到Zn-5％Al合金溶液中，制備出Zn-5％Al-0.7％Ce合金溶液，保持Zn-5％Al-0.7％Ce合金熔體滲流溫度為450℃；選取顆粒直徑為0.5mm的食鹽顆粒18g裝入Φ22mm×68mm的模具中，并且在450℃下保溫，使其預(yù)熱溫度均勻，然后將模具插入到Zn-5％Al-0.7％Ce合金熔體中，使Zn-5％Al-0.7％Ce合金熔體在真空度為-0.06Mpa的壓力下滲流30秒，待Zn-5％Al-0.7％Ce合金凝固后，去除食鹽顆粒即可獲得質(zhì)量42g、孔徑為0.5mm、孔隙率85％的Φ20mm×65mm通孔Zn-5％Al-0.7％Ce稀土泡沫鋅鋁合金。
實施例9將96.5g鋁塊放入坩堝，在電阻爐中加熱至融化，再將342g鋅塊加入到坩堝中，制備出Zn-22％Al合金溶液，然后把4.4g的Al-10％Ce中間合金添加到Zn-22％Al合金溶液中，制備出Zn-22％Al-0.1％Ce合金溶液，保持Zn-22％Al-0.1％Ce合金熔體滲流溫度為500℃；選取顆粒直徑為0.5mm的食鹽顆粒20g裝入Φ22mm×68mm的模具中，并且在400℃下保溫，使其預(yù)熱溫度均勻，然后將模具插入到Zn-22％Al-0.1％Ce合金熔體中，使Zn-22％Al-0.1％Ce合金熔體在真空度為-0.01Mpa的壓力下滲流20秒，待Zn-22％Al-0.1％Ce合金凝固后，去除食鹽顆粒即可獲得質(zhì)量為25g、孔徑為0.5mm、孔隙率84％的Φ20mm×65mm通孔Zn-22％Al-0.1％Ce稀土泡沫鋅鋁合金。
實施例10將98g鋁塊放入坩堝，在電阻爐中加熱至融化，再將341g鋅塊加入到坩堝中，制備出Zn-22％Al合金溶液，然后把33g的Al-10％Ce中間合金添加到Zn-22％Al合金溶液中，制備出Zn-22％Al-0.7％Ce合金溶液，保持Zn-22％Al-0.7％Ce合金熔體滲流溫度為550℃；選取顆粒直徑為0.5mm的食鹽顆粒21g裝入Φ22mm×68mm的模具中，并且在350℃下保溫，使其預(yù)熱溫度均勻，然后將模具插入到Zn-22％Al-0.7％Ce合金熔體中，使Zn-22％Al-0.7％Ce合金熔體在真空度為-0.01Mpa的壓力下滲流10秒，待Zn-22％Al-0.7％Ce合金凝固后，去除食鹽顆粒即可獲得質(zhì)量為42g、孔徑為0.5mm、孔隙率82％的Φ20mm×65mm通孔Zn-22％Al-0.7％Ce稀土泡沫鋅鋁合金。
實施例11將155g鋁塊放入坩堝，在電阻爐中加熱至融化，再將419g鋅塊加入到坩堝中，制備出Zn-27％Al合金溶液，然后把5.8g的Al-10％Ce中間合金添加到Zn-27％Al合金溶液中，制備出Zn-27％Al-0.1％Ce合金溶液，保持Zn-27％Al-0.1％Ce合金熔體滲流溫度為450℃；選取顆粒直徑為0.5mm的食鹽顆粒20g裝入Φ22mm×68mm的模具中，并且在400℃下保溫，使其預(yù)熱溫度均勻，然后將模具插入到Zn-27％Al-0.1％Ce合金熔體中，使Zn-27％Al-0.1％Ce合金熔體在真空度為-0.04Mpa的壓力下滲流15秒，待Zn-27％Al-0.1％Ce合金凝固后，去除食鹽顆粒即可獲得質(zhì)量為40g、孔徑為0.5mm、孔隙率83％的Φ20mm×65mm通孔Zn-27％Al-0.1％Ce稀土泡沫鋅鋁合金。
實施例12將158g鋁塊放入坩堝，在電阻爐中加熱至融化，再將421g鋅塊加入到坩堝中，制備出Zn-27％Al合金溶液，然后把43.5g的Al-10％Ce中間合金添加到Zn-27％Al合金溶液中，制備出Zn-27％Al-0.7％Ce合金溶液，保持Zn-27％Al-0.7％Ce合金熔體滲流溫度為450℃；選取顆粒直徑為0.5mm的食鹽顆粒20g裝入Φ22mm×68mm的模具中，并且在400℃下保溫，使其預(yù)熱溫度均勻，然后將模具插入到Zn-27％Al-0.7％Ce合金熔體中，使Zn-27％Al-0.7％Ce合金熔體在真空度為-0.01Mpa的壓力下滲流20秒，待Zn-27％Al-0.7％Ce合金凝固后，去除食鹽顆粒即可獲得質(zhì)量為39g、孔徑為0.5mm、孔隙率85％的Φ20mm×65mm通孔Zn-27％Al-0.7％Ce稀土泡沫鋅鋁合金。
通過圖3所示的稀土泡沫鋅鋁合金的金相照片可以觀察出組織被細(xì)化，提高了機械阻尼性能，以上實施例得到的復(fù)合材料的性能具體參數(shù)見下表。

可以看出，本發(fā)明的方法通過在Zn-Al合金中添加稀土元素變質(zhì)劑得到的新復(fù)合材料可以提高硬度、強度、抗腐蝕性、耐磨性和阻尼本領(lǐng)。
權(quán)利要求
1.一種稀土泡沫鋅鋁合金復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a.將鋅鋁合金加熱至融化，添加Al-La或Al-Ce中間合金，使La或Ce在Zn-Al-La或Zn-Al-Ce中的質(zhì)量比為0.1％～0.7％，保持該稀土鋅鋁合金熔體滲流溫度為450℃～550℃；b.將工業(yè)食鹽進行去結(jié)晶水和破碎處理后，倒入模具中緊實，并于350℃～450℃溫度間預(yù)熱；c.把裝有食鹽顆粒的模具插入到上述稀土鋅鋁合金熔體中滲流10～40秒；d.待滲流結(jié)束，稀土鋅鋁合金凝固后，取出食鹽顆粒與稀土鋅鋁合金的復(fù)合體，除去食鹽顆粒，得到稀土泡沫鋅鋁合金。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述把裝有食鹽顆粒的模具插入到稀土鋅鋁合金熔體中進行滲流，是采用以下步驟把食鹽顆粒裝入模具的一端并緊實，把裝有食鹽顆粒的模具的一端插入到上述稀土鋅鋁合金熔體中，把模具的另一端通過真空管與真空罐相連接，抽真空使真空罐的真空度達(dá)到-0.01～-0.08Mpa，使稀土鋅鋁合金熔體在負(fù)壓下滲流10～40秒。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種稀土泡沫鋅鋁合金復(fù)合材料的制備方法，首先將鋅鋁合金加熱至融化，添加高純度的Al－La或Al－Ce中間合金，保持稀土鋅鋁合金熔體滲流溫度為450℃～550℃；把食鹽裝入模具，預(yù)熱溫度為350℃～450℃，然后將模具插入到稀土鋅鋁合金熔體中滲流，滲流時間為10～40秒；稀土鋅鋁合金凝固后，取出食鹽顆粒與稀土鋅鋁合金的復(fù)合體，除去食鹽顆粒即得稀土泡沫鋅鋁合金。本發(fā)明的方法通過在Zn－Al合金中添加稀土元素變質(zhì)劑可以改善其硬度、強度、抗腐蝕性、耐磨性和阻尼本領(lǐng)，由此制備出用途廣泛的新材料稀土泡沫鋅鋁合金。
文檔編號C22C18/04GK1936046SQ200610104770
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日
發(fā)明者梁淑華, 王海濱, 范志康 申請人:西安理工大學(xué)