一種粉末冶金多孔錳銅阻尼材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種粉末冶金多孔錳銅阻尼材料及其制備方法，元素質(zhì)量百分含量為Cu：15.0~25.0，Ni：2.0~8.0，F(xiàn)e：1.0~3.0，C、S、P的含量小于0.01，Si的含量小于0.02，余量為Mn。先將純度和粒度符合要求的原料按配比混合，再將混好的粉料壓制成所需尺寸的壓坯；在600~700℃進(jìn)行0.5~1小時(shí)的保溫，升溫至900~950℃保溫1~3小時(shí)，得到孔隙率高達(dá)30～42%的錳銅合金。再在800~860℃下保溫0.5~1小時(shí)后，快冷至室溫，然后在350~460℃下保溫6~12小時(shí)。本發(fā)明合金在室溫條件下，0~100Hz頻率阻尼能力tanδ達(dá)0.08以上，具有良好的力學(xué)性能。
【專利說(shuō)明】一種粉末冶金多孔錳銅阻尼材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有多孔結(jié)構(gòu)的錳銅高阻尼合金。它是通過(guò)粉末冶金真空燒結(jié)的 工藝和合金成分的控制來(lái)達(dá)到高阻尼、低密度的目的。 技術(shù)背景
[0002] 本發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域的阻尼材料。當(dāng)前錳銅合金作為孿晶型阻尼材料的代 表，已被廣泛使用在生活生產(chǎn)中。錳銅阻尼合金材料具有Y相組織的錳銅合金的反鐵磁轉(zhuǎn) 變，形成點(diǎn)陣畸變，觸發(fā)微孿晶，若點(diǎn)陣畸變誘發(fā)了馬氏體相變，則將形成馬氏體孿晶，母相 與熱彈性馬氏體相界面的移動(dòng)和熱彈性馬氏體孿晶亞結(jié)構(gòu)的移動(dòng)消耗能量，產(chǎn)生高阻尼現(xiàn) 象。錳銅阻尼合金材料具有無(wú)磁性，低溫阻尼性能很好并且強(qiáng)度和韌性很好（Rm> 500MPa、 Aku> 100J)的特點(diǎn)。而錳銅合金材料具有良好的變形能力，對(duì)于錳銅合金材料如果成分熱 處理得當(dāng)，其阻尼性能最高可達(dá)到橡膠水平。因此錳銅合金阻尼性能處于最高級(jí)別，同時(shí)錳 銅合金材料相對(duì)于傳統(tǒng)的阻尼合金材料而言具有良好的變形能力，可很好的應(yīng)用于阻尼合 金支架、阻尼合金墊片、軸承、超傳導(dǎo)線圈、電弓架、阻尼合金薄板等這些零部件上。
[0003] 多孔金屬具有密度低、強(qiáng)度高、吸聲性能高等優(yōu)點(diǎn)逐漸引起人們的注意，金屬材 料的多孔化已經(jīng)被證實(shí)是提升金屬材料阻尼性能的非常有效途徑之一。自1951年美國(guó) Ellist成功制造泡沫鋁以來(lái)，世界各國(guó)競(jìng)相投入到多孔泡沫金屬的研究開(kāi)發(fā)中。金屬多孔 材料研究已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，更是體現(xiàn)了對(duì)該類材料研究的重要性和迫切性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種具有高阻尼、高孔隙率、低密度等優(yōu)點(diǎn)的錳銅阻尼合金 及其制備方法。該合金可以用于需要主動(dòng)降低振動(dòng)和噪聲的領(lǐng)域，具有十分廣闊的應(yīng)用背 旦 -5^ 〇
[0005] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種含F(xiàn)e、Ni元素的多孔錳銅合金，各元素的質(zhì)量百分含量為Cu : 15.0?25.0，附：2.0?8.0，？6:1.0?3.0，（：、5、？的含量小于0.01，5丨的含量小于0.02，余 量為Μη。
[0006] 合金中Fe元素細(xì)化合金組織，提高合金的沖擊韌性，但基體中固溶元素 Fe會(huì)影響 合金的阻尼性能，F(xiàn)e的含量控制在1?3%。Ni元素提高合金的耐蝕性，提高合金的抗拉強(qiáng) 度，但Ni使γ相穩(wěn)定，導(dǎo)致孿晶形成緩慢，不利于合金的阻尼性能，Ni的含量控制在2? 8%。由于實(shí)用Mn-Cu合金的Μη含量(原子分?jǐn)?shù)）一般在4(Γ60%，其Neel溫度低于室溫，在 混溶間隙內(nèi)進(jìn)行時(shí)效處理，使之發(fā)生調(diào)幅分解，然后淬火使之具有高阻尼性能，設(shè)計(jì)Cu元 素的含量為15?25%。
[0007] 錳銅合金的阻尼性能來(lái)源于反鐵磁性轉(zhuǎn)變、馬氏體相變和調(diào)幅分解，根據(jù)主要阻 尼原理，多孔錳銅合金的實(shí)用成分范圍大致分為4類，即Cu :16. (Γ18. 0, Ni :2. (Γ3. 0, Fe : 1· 0?2· 0 ;Cu :19?23, Ni :1· 0?4· 0, Fe :1· 0?2· 0 ;Cu :21 ?24, Ni :2· 0?4· 0, Fe :1· 0?2· 0 ;Cu : 21?25，Ni :3. (Γ6. 0，F(xiàn)e :1.(Γ3. 0。其余為Mn，雜質(zhì)元素含量總和不超過(guò)0. 5%。
[0008] 在具體制備合金時(shí)，各元素均采用純?cè)胤勰?，混合后在一定壓力下壓制，再燒結(jié) 成合金。其中Mn、Cu采用較粗的電解粉末，通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)和偏擴(kuò)散原理，形成具有較高力學(xué) 性能的多孔體；而Ni、Fe采用顆粒度細(xì)小的羰基粉末，利用混合均勻和合金化均勻，充分發(fā) 揮這兩種元素的強(qiáng)化和韌化作用。
[0009] 要獲得具有多孔結(jié)構(gòu)的錳銅高阻尼合金，除合金成分外，保證合金性能還需要采 用適當(dāng)?shù)募庸すに嚭蜔崽幚砉に嚨群辖鸬闹苽浞椒?。本發(fā)明的另一個(gè)目的是研究這種特殊 性能合金的制備方法。
[0010] 通過(guò)如下步驟制備多孔錳銅高阻尼合金： 1. 粉末制備 將電解錳粉(純度：彡99. 7%目數(shù)：-100目）、電解銅粉(純度：彡99. 7%目數(shù)：-200目）、 羰基鎳粉(純度：彡99. 5%，目數(shù)：2?3.6 μ m)、鐵粉(純度：彡98. 5%，目數(shù)：1?3 μ m)按照 表1配比進(jìn)行配料，將配好的粉料置于球磨罐中進(jìn)行干磨，球磨時(shí)間為0. 5~lh至粉料均勻。
[0011] 表1多孔錳銅高阻尼合金成分要求

【權(quán)利要求】
1. 一種粉末冶金多孔錳銅阻尼材料，其特征在于：各元素的質(zhì)量百分含量為Cu : 15. 0?25· 0, Ni :2· 0?8· 0, Fe :L 0?3· 0, C、S、P 的含量小于 0· 01，Si 的含量小于 0· 02,余 量為Μη,雜質(zhì)元素含量總和不超過(guò)0. 5%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末冶金多孔錳銅阻尼材料，其特征在于：各元素的質(zhì)量百 分含量為 Cu :16· (Γ18. 0, Ni :2· 0?3· 0, Fe :1· 0?2· 0 ;Cu :19?23, Ni :1· (Γ4. 0, Fe :1· 0?2· 0 ; C、S、P的含量小于0.01，Si的含量小于0.02,其余為Mn，C、S、P的含量小于0.01，Si 的含量小于〇. 02,雜質(zhì)元素含量總和不超過(guò)0. 5%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末冶金多孔錳銅阻尼材料，其特征在于：各元素的質(zhì)量百 分含量為 Cu :21?24，Ni :2. (Γ4. 0，F(xiàn)e :1. (Γ2. 0 ;其余為 Mn，C、S、P 的含量小于 0. 01，Si 的 含量小于〇. 02,雜質(zhì)元素含量總和不超過(guò)0. 5%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末冶金多孔錳銅阻尼材料，其特征在于：各元素的質(zhì)量百 分含量為Cu :21?25，Ni :3. (Γ6. 0，F(xiàn)e :1.0?3. 0,其余為Mn，C、S、P的含量小于0. 01，Si的 含量小于〇. 02,雜質(zhì)元素含量總和不超過(guò)0. 5%。
5. -種如權(quán)利要求1所述的粉末冶金多孔錳銅阻尼材料的制備方法，其特征在于包括 以下步驟： A. 粉末制備 將純度> 99. 7%粉末粒度54?154 μ m的電解錳粉、純度> 99. 7%粉末粒度38?74 μ m 的電解銅粉、純度> 99. 5%，目數(shù)2?3. 6 μ m羰基鎳粉、純度> 98. 5%，目數(shù)1?3 μ m鐵粉 按照元素質(zhì)量百分含量為Cu:15. (Γ25. 0，Ni:2. 0?8. 0，F(xiàn)e:l.(T3. 0，C、S、P的含量小于 0. 01，Si的含量小于0. 02，余量為Μη的配比進(jìn)行配料，將配好的粉料置于球磨罐中進(jìn)行干 磨，球磨時(shí)間為〇. 5~lh至粉料均勻； B. 壓制成型 將混好的粉料在l〇(T800MPa的壓力下壓制成所需尺寸的壓坯； C. 真空燒結(jié) 在60(T70(TC范圍內(nèi)選取合適溫度進(jìn)行0.5~1小時(shí)的保溫處理，然后升溫至 90(T95(TC，保溫時(shí)間為廣3小時(shí)； D. 固溶熱處理 將燒結(jié)好的錳銅合金在80(T860°C下保溫處理0. 5~1小時(shí)后，快冷至室溫，得到固溶處 理狀態(tài)多孔錳銅合金； E. 時(shí)效熱處理 將固溶處理狀態(tài)多孔錳銅合金在35(T460°C下保溫處理6~12小時(shí)后，爐冷至室溫，得 到時(shí)效態(tài)多孔錳銅高阻尼合金。
【文檔編號(hào)】C22C1/04GK104152764SQ201410435753
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月31日
【發(fā)明者】羅豐華, 盧鳳雙, 張建福, 趙棟梁, 張建生, 王鑄博 申請(qǐng)人:中南大學(xué), 鋼鐵研究總院