[發明專利]一種提高錳銅燒結阻尼合金組織和性能均勻性的工藝

有效

• 申請號: 201611135455.X
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106424712B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 羅豐華;唐紫薇;盧鳳雙;張建福;趙棟梁;李丹陽
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/02;B22F3/11;B22F3/24;C22C1/08;C22C22/00;C22C30/02;C22C30/04;C22C30/06;C22F1/16
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技術領域

本發明涉及一種氣氛燒結多孔結構錳銅高阻尼合金的方法。是通過以草酸銅做為鐵元素供體，利用草酸銅的熱解特性及其分解產物改善燒結工藝過程，實現大尺寸規格材料均勻燒結目的。

技術背景

錳銅合金作為孿晶型阻尼材料的代表，已被廣泛使用在生活生產的各個領域。錳銅阻尼合金材料具有γ相組織的錳銅合金的反鐵磁轉變，形成點陣畸變，觸發微孿晶，若點陣畸變誘發了馬氏體相變，則將形成馬氏體孿晶，母相與熱彈性馬氏體相界面的移動和熱彈性馬氏體孿晶亞結構的移動消耗能量，產生高阻尼現象。錳銅阻尼合金材料具有無磁性，低溫阻尼性能很好并且強度和韌性很好的特點。如果成分熱處理得當，其阻尼性能最高可達到橡膠水平。而且錳銅合金材料具有良好的變形能力，可很好的應用于阻尼合金支架、阻尼合金墊片、軸承、超傳導線圈、電弓架、阻尼合金薄板等這些零部件上，主要應用的錳銅阻尼合金的成分見表1。

表1 實用化錳銅阻尼合金的成分范圍(質量百分比)

除了美國的Incramute合金外，其余錳銅合金中都含有元素Fe，其范圍在1.0～4.0％之間。錳銅合金中添加Fe主要是為了改進合金的機械性能，過量的鐵會對合金阻尼性能有不利的影響，所以Fe的含量不應超過4.0％。適量鐵對合金的阻尼性能影響主要表現在以下兩點：可能使全位錯在低溫時分解成擴展位錯，這種位錯可以成為應力誘發馬氏體的核胚，從而使合金中ε馬氏體數量增加。同時，Fe的存在還可以促進應力誘發ε馬氏體相變，促進Mn-Cu合金的調幅分解，促進晶界的析出，提高合金的阻尼性能。

多孔金屬具有密度低、強度高、吸聲性能高等優點逐漸引起人們的注意，金屬材料的多孔化已經被證實是提升金屬材料阻尼性能的非常有效途徑之一。Mikio Fukuhara等人研究了燒結Mn-(5、10、15、20)Cu合金的阻尼性能，并與鑄造M2052合金進行比較，Mn粉的純度為99％，粒度為16μm，Cu粉的純度為99％，粒度為7μm，混合后在氫氣環境下30MPa的壓力在950℃溫度下燒結1h。加熱和冷卻速度分別為0.043和0.028℃/s，熱處理制度為：850℃×1h+450℃×6h。多孔Mn-Cu合金的阻尼性能隨溫度變化(-50～200℃)受的影響比較小，燒結Mn-Cu合金可以彌補高Mn合金難加工的問題。大同特殊鋼公司申請的Mn系減振合金的制造方法專利(特開2005-68483)(P2005-68483A)是利用Mn粉和Cu-Ni-Fe-Si粉末按照一定的配比混合燒結得到的MnCu合金的燒結密度5.9g/cm³，減震系數可達到0.4。

粉末冶金方法制備多孔錳銅合金的基本工藝為采用單質或合金化的混合粉末為原料，制成壓坯后在870～950℃在氣氛或真空燒結、然后800～950℃固溶處理和300～500℃長時間時效處理。單質Mn元素與Cu元素擴散形成的一定濃度固溶體在871℃以上溫度會出現瞬態液相，從而起到液相燒結的作用，獲得較高強度的合金；但燒結溫度超過950℃會造成液相過多而不利于燒結體的形狀穩定性。由于氫、氮等氣氛中都富有一定成分的水分壓，會造成錳的表面氧化而阻礙燒結，真空燒結有利于減輕錳的氧化作用；加壓燒結或氬等惰性氣體保護燒結也有類似作用。單質錳的導熱系數只有7.82W/m.℃，純銅為401W/m.℃。由于錳粉的低導熱性，并且其表面或多或少有吸附的氧或水分子，大尺寸壓坯往往表層附近壓制密度高于芯部密度等特點，造成在加熱燒結過程中坯料中心與表面存在較大的溫差，表面層較早地達到燒結溫度而致密度提高，芯部達不到燒結溫度或需要很長的保溫時間，使得大尺寸的錳銅合金燒結體的組織和性能極不均勻，形成“外熟內生”的狀態。

隨著材料納米技術的迅速進步和應用研究領域的不斷擴大，已經有納米技術在粉末冶金制品中應用的報道。納米材料具有極高的表面活性，提高了粉末顆粒界面的反應速度與傳質擴散能力，從而降低粉末冶金制品的燒結溫度，促進了致密化程度的提高。納米銅粉粒徑為40～60nm，添加量為0.5％時，鐵基粉末冶金燒結溫度由傳統的工藝溫度1180℃降低到920℃，可達到同樣的燒結效果。