[发明专利]基于SLM工艺用锰铜阻尼合金粉末及其制备方法

说明书

一种基于SLM工艺用锰铜阻尼合金粉末及其制备方法，属于增材制造用金属材料技术领域。该粉末的化学成分按重量百分比为C：≤0.15％、Ni：4.9～5.2％、Si：≤0.15％、Fe：1.8～5.0％、Cu：20～23％、P：≤0.03％、S：≤0.06％，余量为Mn及不可避免的杂质元素。制造工艺包括：母合金制备，真空感应熔炼气雾化法VIGA制粉，惰性气体保护下机械振动与气流分级筛粉与收集。与现有技术相比，该粉末球形度高，松装密度高，休止角小，流动性好且15～53μm的细粉收得率较高，可应用于航空航天、船舶增材制造领域用减震阻尼的零部件，也可推广至交通、核电的精密电子仪器的增材制造领域，具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明属于增材制造用金属材料技术领域，具体涉及一种基于SLM工艺用锰铜阻尼合金粉末及其制备方法。

背景技术

随着科技大发展和人们生活水平的提高，减振降噪问题已越发的受到个人，企业的关注。尤其伴随航空、船舶、汽车领域装备的发展日趋高速化和大功率化，由此产生的宽频带随机激振会引起结构的多共振峰响应，从而使电子器件失效，仪器仪表失灵，严重时甚至造成灾难性后果，为了解决振动和噪音问题，针对特定的振动和噪声源，采用具有高阻尼性能的材料制备阻尼元件，将振动能大部分转变为热能，从而获得减振降噪的效果。因此，高阻尼减振合金材料的研究与应用，不仅具有学术意义而且具有广阔的市场应用前景。

金属材料基阻尼合金作为一类新颖的功能结构材料，可实现振源即承载部件与阻尼构件一体化，与传统减振降噪对策相比，具有工艺简便、成本低、适用范围广及技术先进、效果好等优点，已开始应用于多个领域。其中典型的孪晶型阻尼锰铜合金与其它的阻尼合金相比，因为具有优良的阻尼性能和较好的力学性能，在航天、舰船，精密电子仪表仪器领域有着广泛应用。但由于其热加工性能一般，多数以铸造或复杂精密锻造方式成型。相对而言，增材制造(3D打印)具有不受零件复杂程度约束、材料利用率高与制造周期短等技术优势，已成为未来最具潜力的制造技术之一。其中SLM技术要求的金属粉末粒度范围较小(15～53μm)，因而目前国内外多数以气雾化制粉为主。而真空感应熔炼气雾化法(VIGA)是唯一能够高效、大批量、低成本的进行SLM技术用金属粉末制备的方法，其制备的雾化粉末具有球形度高、粉末粒度可控、氧含量低、生产成本低以及适应多种金属粉末的生产等优点，已成为高性能及特种合金粉末制备技术的主要发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供基于SLM工艺用锰铜阻尼合金粉末及其制备方法，通过合金成分、制粉工艺以及匹配的3D打印与后处理工艺，制造一种适用于增材制造(SLM)工艺的锰铜阻尼合金粉末，提供除了铸造与精密锻造外，另一种增材制造锰铜阻尼合金零部件的制造方法与金属粉末耗材。

本发明锰铜粉末的化学成分按重量百分比为C：≤0.15％、Ni：4.9～5.2％、Si：≤0.15％、Fe：1.8～5.0％、Cu：20～23％、P：≤0.03％、S：≤0.06％，余量为Mn及不可避免的杂质元素。本发明各元素的作用及配比依据如下：

碳：碳作为间隙固溶原子，虽可以提高合金基体强度，但会损害钢的塑韧性与SLM打印成形性。碳可以扩大γ相区，但不能无限固溶，与基体元素形成碳化物对锰铜合金性能不利，故综合考虑本发明锰铜合金的碳控制在0.15％以内。

镍：锰铜阻尼合金因锰含量高，耐蚀性能差，故通过添加镍等合金元素降低锰含量，改善材料的力学性能，熔铸工艺和耐蚀性，以达到使用要求。一般认为固溶体中的Ni会稳定γ相，导致富锰区缓慢形成，但对阻尼性能不利，故本发明锰铜合金的镍控制在4.9～5.2％以内。

硅：Si是锰铜合金中的有害元素，会形成氧化物夹杂，对力学性能影响较大。本发明锰铜合金的硅控制在0.15％以内。

铁：Fe元素可作为应力诱发马氏体的胚核，促进合金中大量的γ马氏体的形成。同时Fe还可以促进Mn合金的调幅分解，产生贫Mn或富Mn区，促进晶界的析出，提高合金的阻尼性能。综合考虑，本发明锰铜合金的铁控制在1.8～5.0％以内。