[发明专利]用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于宽温区服役的高阻尼锰铜合金及其制备方法，其化学元素质量百分配比为：Cu：15‑25wt.％；Ni：1‑5wt.％；Co：0.1‑1.5wt.％；Fe：0‑2.5％；Zn：0‑1.5wt.％；Sn：0‑1.0wt.％；余量为Mn和其他不可避免的杂质。本发明方法利用定向凝固工艺结合高温磁场热处理工艺，显著提升合金服役温度范围内阻尼性能，通过高温时效过程中化学成分的调幅分解效应，诱导形成运动能力高的马氏体孪晶以及可动性好的高密度位错，从而实现制备高阻尼性能锰铜基合金的目的。本发明阻尼合金制备工艺简单，生产效率高，且该合金体系不含贵重的合金元素，生产成本低。

技术领域

本发明涉及一种具有优良环境适应性的高阻尼性能的锰铜基合金制备方法，具体涉及一种定向凝固结合磁场热处理工艺制备从-20-100℃的区间使用温度范围内都保持高阻尼性能的锰铜合金的方法，本发明制备的合金可广泛适用于航空航天、海洋工程、交通运输等方面的减振及降噪。

背景技术

橡胶及其制品是一种非常优良的阻尼材料，可以有效消除或减少机械震动的传递，达到减震、消音及减少冲击所致危害的作用，在-20℃到100℃的温度范围的极端环境条件下具有良好的使用效果，然而这种高分子材料在低温到高温的冷热循环过程中极易老化，丧失其优良的阻尼性能，且存在强度低、易燃、不抗冲击等致命缺陷。减振降噪技术的研究，尤其是复杂、极端环境条件下的振动噪声控制，伴随着国家国防事业的发展，其需求非常迫切。

锰铜基阻尼合金因其优良的阻尼性能而一直是中外学者研究的热点，采用Mn-Cu基阻尼合金来设计制造构件，可阻断振动源，通过材料的内部机制将机械振动能量不可逆地转变为热能消耗在材料内部，从而具有良好的减振降噪效果。中国专利CN201310553896.1公开了一种具有优良力学性能的高锰含量锰铜基高阻尼合金，在M2052的基础上添加高熔点金属和稀土元素，经过锻造以及后续热处理，从而使得合金具有优良的阻尼性能和力学性能。中国专利CN201410192802.7公开了一种高阻尼Mn-Cu基减振合金及其制备方法，该合金以添加Al、 Zn和Th等合金元素为主要特点，同样经过锻造以及后续热处理，从而使得合金具有良好的减震性能。然而，和锻造/轧制合金相比，铸造合金具有制造流程短、生产效率高、综合成本低、环境友好等无可比拟的优势，因此越来越引起人们的广泛关注。

中国专利CN201210491359.4公开了一种铸造高阻尼锰铜合金材料及其制备方法，用以解决锰铜合金阻尼性能不稳定的技术问题，但由于该合金加入较多的稀土和碱土元素，合金制备过程复杂、成本较高。中国专利CN201810335193.4公开了一种铸造高阻尼锰铜合金材料及其制造方法，利用磁场磁制动效应改善宏观偏析，细化凝固树枝晶状组织，所发明的阻尼材料组织致密，性能优良且制造成本低。中国专利CN202110313373.4公开了一种定向凝固制备超高阻尼Mn-Cu合金的方法，合金在-70℃至-20℃附近具有超高孪晶弛豫内耗(tanδ0.1)，大幅提高了合金的阻尼性能。

然而上述方法制备的阻尼合金无论是锻造/轧制、还是铸造状态，室温阻尼性能tanδ仅为 0.02-0.03。合金在-20℃至100℃较宽的使用温度范围的阻尼性能较差，已无法满足复杂、极端环境条件下的振动噪声控制需求。

Mn-Cu基合金微观组织主要是(011)孪晶马氏体，因此，马氏体相变过程的相界面运动及孪晶界面在外力作用下的弛豫运动是Mn基合金高阻尼的根源。然而，最新研究成果发现，锰铜基合金的阻尼性能还还能来源于位错运动(Phenomenological representationof mechanical spectroscopy of high damping MnCuNiFe alloy，Materials Scienceand Technology,36(6)743-749, 2020)。由于热激活作用，位错的运动能力以及运动速率随着温度的上升而提高。但如何实现在较宽的温区或者常温附近温区实现Mn-Cu基合金的阻尼作用，仍然需要开发新的更高阻尼性能的合金材料、易于实现的低成本制造方法来满足技术需要。

发明内容