[发明专利]一种Mn-Cu基亚微/纳米多孔高阻尼合金及制备方法

说明书

本发明公开一种Mn‑Cu基亚微/纳米多孔高阻尼合金及制备方法，其制备方法包括将Mn‑Cu基合金经过热处理使α‑Mn相从合金中脱溶析出，得到亚微米或纳米α‑Mn析出相弥散分布在Mn‑Cu基合金基体上的复合材料；将该复合材料经过去合金化处理使α‑Mn析出相去除，得到所述Mn‑Cu基亚微/纳米多孔高阻尼合金。最终所得到的高阻尼合金具有成孔均匀且孔径分布在纳米或亚微米尺寸的优点。

技术领域

本发明涉及Mn-Cu基合金技术领域，尤其涉及一种Mn-Cu基亚微/纳米多孔高阻尼合金及制备方法。

背景技术

Mn-Cu合金是一种典型的孪晶界弛豫型高阻尼合金，其高阻尼机制是应力作用下高密度孪晶界面的滑动。该减振合金由于减振能力高,综合性能好,制备工艺简便,且具有较好的热加工、冷加工和焊接性能等优点,已在相关减振降噪工业领域当中得到极好的认可。特别是M2052阻尼合金(Mn-20Cu-5Ni-2Fe，at％)，当应变振幅为10^-6时，阻尼值最高可达0.06，表现出良好的低应变高阻尼响应特性。同时该系列合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别达到200MPa、500MPa和30％。因此，作为“减振降噪功能-结构一体化”材料收到了人们的广泛关注。然而面对一些对材料比重有特定要求的应用场合，如航天航空、汽车等领域，“材料轻量化”已成为发展的必然趋势。相对而言，Mn-Cu合金的高比重(～7g/cm³)极大地限制了其发展。

要实现材料轻量化，最直接的方法就是采用密度低的金属材料，但另一个更大的方向则是将比重大的功能性金属材料制成多孔结构。常规的泡沫材料具有比母体致密材料更高的阻尼特性，例如泡沫铝的阻尼性能随孔隙率的提高而增加，一般比致密铝的阻尼性能高数倍至一个数量级以上，特别是最近的研究发现，纳米多孔材料具有较高的屈服强度，可以作为潜在的低密度高强材料用于制作轻质、高比强的结构件。由此可见，纳米或亚微米多孔Mn-Cu合金，既保留了Mn-Cu合金材料的高阻尼特性和优良的力学性能，又在一定程度上降低了Mn-Cu合金的比重。作为结构材料，具有轻质、高比强度的特点；作为功能材料，具备隔声(或吸声)、隔热(或散热)、阻燃、阻尼、冲击能量吸收和电磁屏蔽等多种物理性能，是一种应用前景极为广阔的新型结构与功能一体化材料。

然而目前，多孔金属的常用制备方法主要有铸造法(溶体发泡法)、粉末冶金发泡法(添加造孔剂)等。熔体发泡法则存在诸如发泡温度高、孔径大小不一、分布不均匀、工艺操作难度大等问题；粉末冶金发泡法虽具有设备和工艺简单、所制孔结构均匀、合金成分易调节等优点，然而常规的发泡剂诸如碳酸盐、金属氢化物等，属于化学发泡法，主要依靠发泡剂在高温时分解放出气体发泡造孔，热处理工艺参数一旦不合适，所制试样要么孔隙率低，要么产生塌陷，严重影响材料的微结构和宏观性能。且最大的问题是这些常规方法均无法或很难制备出具有纳米或亚微米尺度孔的多孔材料。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种Mn-Cu基亚微/纳米多孔高阻尼合金及制备方法，所述高阻尼合金具有成孔均匀且孔径分布在纳米或亚微米尺寸的优点。

本发明提出的一种Mn-Cu基亚微/纳米多孔高阻尼合金的制备方法，包括如下步骤：

S1、将Mn-Cu基合金经过热处理使α-Mn相从合金中脱溶析出，得到亚微米或纳米α-Mn析出相弥散分布在Mn-Cu基合金基体上的复合材料；

S2、将S1得到的复合材料经过去合金化处理使α-Mn析出相去除，得到所述Mn-Cu基亚微/纳米多孔高阻尼合金。

优选地，所述Mn-Cu基合金为锰、铜组成的二元合金或者除锰、铜以外，还包括其他合金元素组成的多元合金，所述其他合金元素优选为铁、镍、铝、稀土元素中的至少一种。

优选地，步骤S1中，所述热处理为时效处理；优选地，将Mn-Cu基合金经过时效处理使α-Mn相从合金中脱溶析出，所述时效处理的温度为300-700℃，时间为1-100h。