[发明专利]一种高阻尼MnCu合金及其粉末冶金制备工艺

说明书

技术领域

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

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。 

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。 

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。 

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。 

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。 

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Mn的含量、高温时合金阻尼性能低下（通常使用温度不超过80℃）等。增加Mn含量虽然可以改善其高温阻尼性能，但Mn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、轧制等后续加工处理，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

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Mn、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。 

    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Mn：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%。 

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。

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。