一种高阻尼MnCu合金及其粉末冶金制备工艺的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种高阻尼MnCu合金及其粉末冶金制备工艺。高阻尼MnCu合金以Mn、Cu、Al、Ni和Fe为主要成分,通过添加强磁性颗粒Co3B、Co2B、Fe2B、FeB和MnB中一种或几种来提高阻尼性能，并通过添加Bi、Si、Sn和B中中的一种或几种作为烧结辅助剂，有效提高MnCu高阻尼合金的烧结性能。与传统铸造MnCu基阻尼合金相比，本发明提供的高阻尼MnCu合金具有更高的阻尼性能、更宽的阻尼温度区间、更灵活的成型性等特征，同时又降低了能源的消耗。由于本发明制备的高阻尼合金的成型性更为灵活，可以减少轧制、研磨、切削等后续工序的加工量，有利于降低成本和大批量生产。
【专利说明】-种高阻尼MnCu合金及其粉末冶金制备工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及阻尼材料及其制备方法，特别是涉及一种高阻尼MnCu合金及其粉末 冶金制备工艺。
【背景技术】
[0002] 对于航空、航天、汽车、电子工业等众多领域中的某些动态结构需要严格控制其振 动和噪音，这就对材料的阻尼性能提出了更高的要求。例如通过火箭和卫星的失效分析统 计表明，约有三分之二的故障与振动和噪声有关。阻尼材料与技术是控制结构共振和噪声 最有效的方法，阻尼材料是阻尼技术的基础与核心，是国际上极为重视的研究领域。因而开 发集良好的阻尼性能、力学性能、耐热性能于一体的结构型高阻尼合金成为阻尼材料研究 领域的热点。
[0003] 目前得以实际应用的阻尼合金根据阻尼机制可分为复合型、位错型、铁磁型和孪 晶型四类。
[0004] 铸铁和Al-Zn合金是典型的复合型阻尼合金，依靠复合相中较软的相在载荷作用 下产生的塑性变形耗散振动能量。该类合金成本低、易加工，但存在阻尼性能和强度比较 低，适用温度范围窄等问题。
[0005] 位错型阻尼合金主要通过合金内部位错在振动载荷作用下脱开沿线钉扎的点缺 陷，从而产生附加的位错应变耗散能量。位错型阻尼合金以Mg系合金为主，主要特点是比 重小、耐蚀性好、阻尼性能出色，但存在强度低、加工性差和价格相对昂贵等缺点。
[0006] 铁磁性型阻尼合金主要基于内部磁畴的磁-机械效应产生阻尼，多为铁基合金， 具有代表性的是Fe-Cr-Al合金(静音合金)。这些合金具有阻尼性能和强度比较出色，工作 温度也比较高，价格相对便宜等优点。然而，相对于应变振幅的变化，合金的阻尼能量的变 化也比较大，存在温度和外部磁场的变化对阻尼性能影响大的缺点。
[0007] 孪晶型阻尼合金主要依靠孪晶界在振动作用下的协调移动和再取向产生能量损 耗和衰减，Mn-Cu合金是最具代表性的孪晶型阻尼合金，是同时具有高强度和较高阻尼性 能的阻尼合金，目前在船舶、机械、汽车等领域已广泛应用。但同时该系合金也存在一些问 题，例如其阻尼性能强烈依赖于Μη的含量、高温时合金阻尼性能低下(通常使用温度不超 过80°C )等。增加 Μη含量虽然可以改善其高温阻尼性能，但Μη含量过高不利于铸造过程。 虽然MnCu基合金铸件可以进行锻造、乳制等后续加工处理，但在生产形状复杂的产品时， 成本会急剧升高，从而影响其实用化。此外为了保证MnCu合金的阻尼性能，固溶处理过程 必不可少，但这会造成晶粒粗化(甚至超过50微米)，从而影响其力学性能。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是针对MnCu阻尼合金在阻尼性能与铸造成型性不足的缺陷，研发 一种高阻尼MnCu合金及其粉末冶金制备工艺。本发明采用粉末冶金的制备方法，通过添加 强磁性颗粒提高MnCu基体合金的阻尼性能，同时通过添加烧结辅助剂改善MnCu阻尼合金 的烧结与成型性能，最终获得一种高Μη、孪晶型与强磁型阻尼机制相结合、高强度、具有优 良烧结成型性能的高阻尼MnCu合金。
[0009] 本发明采取的技术方案是：一种高阻尼MnCu合金，其特征在于：高阻尼MnCu合 金由基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂制备而成；基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结 辅助剂中各材料成分所占高阻尼MnCu合金的质量百分比如下：基体合金粉末为Μη :40? 80%，Cu :10?50%，Al、Ni和Fe中任意一种或几种：2?10% ;强磁性颗粒为Co3B、Co2B、Fe2B、 FeB和MnB中的任意一种或几种：2?20% ;烧结辅助剂为Bi、Si、Sn和B中的任意一种或几 种：2?10%。
[0010] 本发明的一种高阻尼MnCu合金的粉末冶金制备工艺，其特征在于：包括如下工艺 步骤： 步骤一.按照质量百分比将基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂在球磨机中充 分混合，球磨介质为酒精，酒精体积是基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂总体积的 1. 5 ?2. 5 倍； 步骤二.将混合后的原料送入冷压成型机压制成型； 步骤三.将压制成型后的原料送入真空烧结炉，在真空或Ar气氛中进行烧结； 步骤四.最后送入真空退火炉，在真空中进行固溶处理。
[0011] 本发明所产生的有益效果是：由于添加强磁性颗粒，磁性颗粒内部磁畴壁的 磁-机械效应有助于提高基体MnCu合金的阻尼性能，同时具有与振幅相关的高阻尼效应。 此外，高硬度硼化物颗粒的引入还有助于强化MnCu基体合金。通过添加作为烧结辅助剂成 分，有效提高了高阻尼MnCu合金的烧结与成型性能。本发明提供的高阻尼MnCu合金具有更 高的阻尼性能、更宽的阻尼温度区间、更灵活的成型性等特征，同时又降低了能源的消耗。
[0012] 本发明采用的烧结辅助剂元素均为低熔点元素。低熔点助剂可在较低烧结温度下 与MnCu合金粉体表面反应生成液相，从而提高烧结产物的致密性，显著提高烧结效率；此 夕卜，上述助剂与Mn、Cu、Ni等基体元素的相互溶解度极低，即使在其熔点以上也基本不会发 生固溶，因而辅助剂的引入不改变烧结阻尼合金的最终相组成，从而不对合金的阻尼性能 与力学性能产生不良影响。与传统铸造阻尼合金相比，本发明制备的高阻尼合金的成型性 更为灵活，可以减少轧制、研磨、切削等后续工序的加工量，有利于降低成本和大批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本发明实施例3制备的高阻尼MnCu合金与传统铸造 M2052阻尼合金的阻 尼性能曲线图； 图中：--为实施例3,0. 1Hz曲线，-·-为实施例3,1. 0Hz曲线，-▲-为实施例 3,10. 0Hz 曲线；-□-为 Μ2052,0· 1Hz 曲线，-〇-为 M2052,1. 0Hz 曲线，-Λ -为 M2052， 10. 0Hz 曲线。
【具体实施方式】
[0014] 以下结合实施例对本发明作进一步说明： 基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂在球磨机中充分混合时间为l-2h，冷压成型 机成型压力为290?300MPa，烧结温度为850?1000°C，烧结在真空或Ar (-个大气压） 中，烧结时间为1-1. 5h，在真空中固溶时间为5-10h。
[0015] 实施例1 :基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂中各材料成分所占高阻尼 MnCu合金的质量百分比如下：基体合金粉末为Mn :80%，Cu :10%，Fe :6% ;强磁性颗粒为 C〇3B :2% ;烧结辅助剂为Bi :2%。基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂在球磨机中充分 混合时间为lh，冷压成型机成型压力为290MPa，烧结温度为1000°C，在真空中烧结，烧结时 间为lh，固溶时间为6h。
[0016] 实施例2 :基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂中各材料成分所占高阻尼 MnCu合金的质量百分比如下：基体合金粉末为Mn :75%，Cu :15%，A1 :2% ;强磁性颗粒为 C〇2B :5% ;烧结辅助剂为Si :3%。基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂在球磨机中充分 混合时间为1. 2h，冷压成型机成型压力为300MPa，烧结温度为950°C，在真空中烧结，烧结 时间为lh，固溶时间为7h。
[0017] 实施例3 :基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂中各材料成分所占高阻尼 MnCu合金的质量百分比如下：基体合金粉末为Mn :69%，Cu :10%，Ni :5% ;强磁性颗粒为MnB :12% ;烧结辅助剂为Bi :4%。基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂在球磨机中充分混合 时间为1. 5h，冷压成型机成型压力为295MPa，烧结温度为950°C，烧结气氛为Ar (-个大气 压），烧结时间为1. 5h，固溶时间为9h。
[0018] 实施例4:基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂中各材料成分所占高阻尼 MnCu合金的质量百分比如下：基体合金粉末为Mn :55%，Cu :20%，A1 :2%，Ni :3% ;强磁性颗粒 为C〇3B :6%，FeB :6 % ;烧结辅助剂为Sn :4%、Si :4%。基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助 剂在球磨机中充分混合时间为2h，冷压成型机成型压力为300MPa，烧结温度为900°C，烧结 气氛为Ar (-个大气压），烧结时间为lh，固溶时间为8h。
[0019] 实施例5 :基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂中各材料成分所占高阻尼 MnCu合金的质量百分比如下：基体合金粉末为Mn :40%，Cu :35%，Ni :2% ;强磁性颗粒为 C〇3B :6%，C〇2B :6%，Fe2B :6% ;烧结辅助剂为B :5%。基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂 在球磨机中充分混合时间为2h，冷压成型机成型压力为290MPa，烧结温度为930°C，烧结气 氛为Ar (-个大气压），烧结时间为1. 5h，固溶时间为10h。
[0020] 以上实施例经采用球磨机械合金化手段充分混合-冷压成型后-液相烧结-固 溶处理等一系列技术路线，最终获得相对密度不低于90%、成型性能与力学性能良好的烧结 MnCu基阻尼合金。这是传统铸造方法制备的MnCu阻尼合金所不具备的性能。
[0021] 以上实施例获得的高阻尼合金在0. 5Hz-100Hz的振动频率范围及-50°C?300°C 的温度范围内，其阻尼值(对数衰减率)为0.02?1。致密度可根据用途进行调节，在常压 无法得到90%以上的烧结致密度时，可采用热等静压烧结。
[0022] 以上实施例烧结的合金经测定的物理、力学、阻尼特性参数见表1。其中密度采用 阿基米德方法测定，硬度采用维氏硬度(加载载荷500g);对数衰减率采用自由共振方法测 定，测试频率为40Hz ;纵波、横波衰减率采用超声波方法测定，超声波频率为2MHz。
[0023] 表 1
【权利要求】
1. 一种高阻尼MnCu合金，其特征在于：高阻尼MnCu合金由基体合金粉末、强磁性颗粒 和烧结辅助剂制备而成；基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂中各材料成分所占高阻 尼MnCu合金的质量百分比如下：基体合金粉末为Μη :40?80%，Cu :10?50%，Al、Ni和Fe 中任意一种或几种：2?10% ;强磁性颗粒为Co3B、Co2B、Fe2B、FeB和MnB中的任意一种或几 种：2?20% ;烧结辅助剂为Bi、Si、Sn和B中的任意一种或几种：2?10%。
2. 根据权利要求1所述的一种高阻尼MnCu合金的粉末冶金制备工艺，其特征在于：包 括如下工艺步骤： 步骤一.按照质量百分比将基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂在球磨机中充 分混合，球磨介质为酒精，酒精体积是基体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂总体积的 1. 5 ?2. 5 倍； 步骤二.将混合后的原料送入冷压成型机压制成型； 步骤三.将压制成型后的原料送入真空烧结炉，在真空或Ar气氛中进行烧结； 步骤四.最后送入真空退火炉，在真空中进行固溶处理。
3. 根据权利要求2所述的一种高阻尼MnCu合金的粉末冶金制备工艺，其特征在于：基 体合金粉末、强磁性颗粒和烧结辅助剂在球磨机中充分混合时间为l_2h。
4. 根据权利要求3所述的一种高阻尼MnCu合金的粉末冶金制备工艺，其特征在于：冷 压成型机成型压力为290?300MPa。
5. 根据权利要求4所述的一种高阻尼MnCu合金的粉末冶金制备工艺，其特征在于：烧 结温度为850?1000°C，烧结时间为1-1. 5h。
6. 根据权利要求5所述的一种高阻尼MnCu合金的粉末冶金制备工艺，其特征在于：在 真空中固溶时间为5-10h。
【文档编号】C22C22/00GK104120314SQ201410395840
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】谢志峰, 余黎明, 冀璞光 申请人:天津银龙高科新材料研究院有限公司