[發明專利]碳酸鎳用于改善燒結錳銅阻尼合金性能的方法

有效

• 申請號: 201611135461.5
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106498220B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 羅豐華;薛麗珊;盧鳳雙;張建福;趙棟梁;朱警
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C22/00;C22C30/02;C22C30/04;C22C38/06;C22F1/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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。它是通過以碳酸鎳做為鎳元素供體，利用碳酸鎳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

本發明屬于粉末冶金領域的阻尼材料。

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Ni，其范圍在0.3~5%之間。合金中加入 Ni 的目的是提高合金的耐蝕性，同時Ni的添加有助于增加Mn-20Cu合金的阻尼性能，但是含量達到5%則無效。錳銅合金時效后的組織產生了微孿晶，微孿晶的出現是在時效過程中由調幅組織轉化而得，合金阻尼性能伴隨著微孿晶密度的增大而提高。 Ni含量顯著影響合金fcc-fct轉變點Tt，說明Ni能夠抑制高溫γ- Mn相的分解。

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7.82 W/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。

發明內容

本發明目的是提供一種碳酸鎳用于改善燒結錳銅阻尼合金性能的方法，利用碳酸鎳的分解產物做為鎳元素的供體，制備粉末冶金錳銅阻尼合金，鎳含量在0.3～5%范圍，利用碳酸鎳熱分解和氫還原得到的納米級的高活性鎳促進燒結，釋放出來的CO₂、水蒸氣阻止壓坯表面形成致密封閉層，提高燒結體的均勻性，使得在氫還原氣氛下燒結就可以得到大尺寸的錳銅燒結體。

具體的制備多孔錳銅高阻尼合金工藝步驟如下：

1. 粉末準備與混合