技術領域

本發(fā)明涉及一種金屬合金技術，具體地說，涉及一種高阻尼合金。

背景技術：

現代工業(yè)的發(fā)展日新月異，各類機械的數量和種類都朝著大功率和高速方向發(fā)展。但是機械在運行過程中產生的振動和噪音問題越來越突出，并引起了相關領域的廣泛關注。振動和噪音不僅可以降低設備的使用壽命，還會對生態(tài)環(huán)境進行噪聲污染，嚴重損害人民的身心健康。在交通，能源，通訊和電力等領域，控制振動和減少噪音已經成為亟待解決的工程問題。機械噪音的治理不僅是勞動保護和環(huán)境保護工作中的緊迫任務，也是提高機械產品質量的重要解決方案。

傳統的隔聲和吸聲等解決方案，增加裝備的空間和重量。減振降噪的最新發(fā)展趨勢在源頭處入手。將產生振動和噪音的部件用能夠吸收振動并將振動的能量轉換為熱能的材料制成，就可以將機械振動控制在剛產生之后，達到減振降噪的效果。減振合金也叫做阻尼合金。由于減振合金即滿足機械結構要求，又能吸收振動能量，為減震降噪開辟了新的途徑。常見的高阻尼合金按照分類有鐵基的高阻尼合金，代表類型為Fe-Cr-Al體系，Fe-Mn體系以及Fe-Si-Al體系等；鋁基高阻尼合金，代表類型為Al-Zn體系，Al-Mg體系和Al-Si體系等；錳基高阻尼合金，代表體系為Mn-Cu,Mn-Fe和Mn-Ni等體系。

在所有種類的減振合金中，最有前途的是雙晶型Mn-Cu基減振合金。主要特點是衰減系數大，僅次于阻尼鋼板，且阻尼性能受到應變頻率影響較小，同時具有良好的力學性能。一般來說，Mn-Cu基阻尼合金按照Mn的含量分為三類: 高Mn合金，錳含量在70%以上；中Mn合金，Mn含量在40-60%之間；小于40%的為低Mn合金。中Mn合金由于合金淬火后馬氏體溫度在室溫以下，因而需要通過400℃左右退火來發(fā)生調幅分解，從而將合金的馬氏體溫度提高到室溫以上。對于高Mn合金而言，由于馬氏體點已經在室溫以上，因而澆鑄后在室溫下就具備一定的阻尼能力。通過隨后的400度左右的熱處理，阻尼性能會進一步提高，SDC達到45%左右。

國際上現有的唯一已經產業(yè)化的高Mn基減振合金是日本的M2052合金，按照重量百分比該合金的成分為Cu：22.1%，Ni：5.24%，Fe：1.93%，Mn為余量。從2000年以后已經在日本機械設備，電子器件，精密儀器和汽車制造行業(yè)得到廣泛應用。該合金綜合性能極好，具有優(yōu)異的機械性能：屈服強度280MPa，斷裂強度540MPa，延伸率40%，彈性模量68GPa 和阻尼性能：SDC45%。

但是必須認識到，在M2052合金使用過程中，尤其是使用溫度在50-70℃之間長時間使用超過4年，穩(wěn)定相α-Mn會從基體中析出。除了阻礙晶界的運動妨礙材料變形，提高材料強度外，還會導致阻尼性能的大幅度下降。因而Mn-Cu高Mn合金在工業(yè)應用中會在使用4年后發(fā)生阻尼性能下降的現象，大大降低了阻尼合金使用的安全性能。從工業(yè)應用角度來說，提高M2052阻尼合金的穩(wěn)定性，減慢α-Mn的析出速度從而提高M2052阻尼合金的使用壽命是Mn基減振合金在設計中一個亟待解決的問題。可以預見，在不久的將來，隨著減振降噪領域更多工程應用拓展，錳基高阻尼合金必將在更多的結構設計中得到廣泛應用。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種具有抑制α-Mn析出的Mn-Cu基高阻尼合金添加劑及其制備方法。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種Mn-Cu基高阻尼合金添加劑，由如下重量百分數的組分組成：Y: 2-4%, In: 1-6%, Hf: 4-6%, Nd: 8-12%,Ce: 1-8%,余量為Al。

所述Mn-Cu基高阻尼合金為日本M2052錳基高阻尼合金，其重量百分數組成為：Cu 22.1%，Ni 5.24%，Fe 1.93%，Mn為余量。

上述Mn-Cu基高阻尼合金添加劑的使用方法，包括如下步驟：將合金放置在真空感應熔煉爐內，采用冰晶石坩堝并用氬氣保護熔煉；在1250℃下保溫10分鐘；然后投入合金重量分數為0.4-0.8%的添加劑并保溫感應熔煉10分鐘，然后在氬氣保護的環(huán)境下澆鑄；隨后的熱處理為將鑄造料在真空環(huán)境下425℃保溫4小時。

在室溫附近α-Mn在晶界上析出是一個形核和長大過程，因而降低形核的數量和速度，以及長大過程生長速度是解決高Mn基阻尼合金阻尼性能在使用過程中下降的有效途徑。本發(fā)明提供的高Mn基合金在冶煉過程的添加劑，當該添加劑在熔煉過程中添加到高Mn基合金的熔體中時，會產生如下作用：(a)降低α-Mn的析出溫度，也就是降低α-Mn和基體fct相的平衡溫度。(b)提高α-Mn和基體fct相界面的界面能，從而大大降低α-Mn的形核速度。(c) 降低α-Mn和基體fct相界面的移動速度，從而抑制α-Mn的生長。

與現有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

（1）本發(fā)明提供的Mn-Cu合金添加劑，當在Mn-Cu合金熔煉時當作添加劑加入時，可以提高Mn-Cu合金在使用過程中的使用壽命達到2倍以上。使得Mn-Cu合金應用于機載，艦載電子設備中的電子機柜，控制盤，托架，風機，消聲器，發(fā)動機變速箱等部件時，除了起到減振降噪的作用，在長時間使用時間內(>8年)具有足夠的阻尼穩(wěn)定性。

（2）本發(fā)明可用于制造在使用溫度為80℃以下，應變振幅低于5×10^-3的結構件并具有極其顯著的減振效果。

（3）該鑄造合金冶煉加工方法簡單，生產成本比較低。在保證阻尼性能的同時，也使得合金的使用壽命有了進一步提高，便于工業(yè)化大規(guī)模應用。

具體實施方式

實施例1：

一種Mn-Cu基高阻尼合金添加劑，其重量百分數為：Y: 2.5%, In: 1.8%, Hf: 4.6%, Nd: 9.3%,Ce: 2.5%,余量為Al。該添加劑的使用方法為：按照M2052合金配料（Cu：22.1%，Ni：5.24%，Fe：1.93%，Mn為余量），采用感應電爐并用冰晶石坩堝，在氬氣保護的環(huán)境下感應熔煉。在溫度1250℃保溫10分鐘，然后放入重量為M2052合金原料0.42%的添加劑并保溫均勻感應攪拌10分鐘，然后在氬氣保護的環(huán)境下澆鑄(水冷鐵?；蛘咚Ａ＞?。隨后的熱處理為將鑄造料在真空環(huán)境下425℃保溫4小時。所得的改性化的M2052合金力學性能和阻尼性能為：屈服強度265MPa，抗拉強度532MPa，延伸率42%。該合金添加劑的使用，可以使M2052合金的使用壽命從目前的4-5年左右提高到10年，未見明顯的阻尼性能衰減。完全滿足現有阻尼合金服役壽命的需要。

實施例2

一種Mn-Cu基高阻尼合金添加劑，其重量百分數為：Y: 3.2%, In: 5.1%, Hf: 4.3%, Nd: 9.7%,Ce: 6.4%,余量為Al。該添加劑的使用方法為：按照M2052合金配料（Cu：22.1%，Ni：5.24%，Fe：1.93%，Mn為余量），采用感應電爐并用冰晶石坩堝，在氬氣保護的環(huán)境下感應熔煉。在溫度1250℃保溫10分鐘，然后放入重量為M2052合金原料0.63%的添加劑并保溫均勻感應攪拌10分鐘，然后在氬氣保護的環(huán)境下澆鑄(水冷鐵?；蛘咚Ａ＞?。隨后的熱處理為將鑄造料在真空環(huán)境下425℃保溫4小時。所得的改性化的M2052合金力學性能和阻尼性能為：屈服強度275MPa，抗拉強度562MPa，延伸率39%。該合金添加劑的使用，可以使M2052合金的使用壽命從目前的4-5年左右提高到10年，未見明顯的阻尼性能衰減。完全滿足現有阻尼合金服役壽命的需要。

實施例3

一種Mn-Cu基高阻尼合金添加劑，其重量百分數為：Y: 3.6%, In: 4.8%, Hf: 4.6%, Nd: 10.5%,Ce: 7.2%,余量為Al。該添加劑的使用方法為：按照M2052合金配料（Cu：22.1%，Ni：5.24%，Fe：1.93%，Mn為余量），采用感應電爐并用冰晶石坩堝，在氬氣保護的環(huán)境下感應熔煉。在溫度1250℃保溫10分鐘，然后放入重量為M2052合金原料0.58%的添加劑并保溫均勻感應攪拌10分鐘，然后在氬氣保護的環(huán)境下澆鑄(水冷鐵?；蛘咚Ａ＞?。隨后的熱處理為將鑄造料在真空環(huán)境下425℃保溫4小時。所得的改性化的M2052合金力學性能和阻尼性能為：屈服強度274MPa，抗拉強度568MPa，延伸率41%。該合金添加劑的使用，可以使M2052合金的使用壽命從目前的4-5年左右提高到10年，未見明顯的阻尼性能衰減。完全滿足現有阻尼合金服役壽命的需要。