专利摘要

本发明公开了一种多元Mu‑Cu基阻尼合金及其制备方法，以重量百分比计包括：Mn45～70wt.%、Zn2～5wt.%、Al1～3wt.%、Sn0.5～4wt.%、Si0.1～0.5wt.%、Cr1～4wt.%、Ni1～4wt.%、余量为Cu；本发明铸造缺陷少、阻尼性能高、力学性能和耐腐蚀性能好，制备方法简单，易于实施并且生产成本低、利于推广，具有更为广泛的应用前景。

权利要求

1.一种多元Mu-Cu基阻尼合金，其特征在于，以重量百分比计包括：Mn 45～70wt.％、Zn2～5wt.％、Al 1～3wt.％、Sn 0.5～4wt.％、Si 0.1～0.5wt.％、Cr 1～4wt.％、Ni 1～4wt.％、余量为Cu。

2.根据权利要求1所述的一种多元Mn-Cu基阻尼合金，其特征在于，以重量百分比计包括：Mn 50.5wt.％、Cu 42.9wt.％、Zn 2.0wt.％、Al 1.5wt.％、Sn 1.0wt.％、Si 0.1wt.％、Cr 1.0wt.％、Ni 1.0wt.％。

3.根据权利要求1所述的一种多元Mn-Cu基阻尼合金，其特征在于，以重量百分比计包括：Mn 59.5wt.％、Cu 32.2wt.％、Zn 2.0wt.％、Al 1.5wt.％、Sn 2.0wt.％、Si 0.3wt.％、Cr 1.5wt.％、Ni 1.0wt.％。

4.根据权利要求1所述的一种多元Mn-Cu基阻尼合金，其特征在于，以重量百分比计包括：Mn 68.5wt.％、Cu 21.3wt.％、Zn 2.0wt.％、Al 1.5wt.％、Sn 3.0wt.％、Si 0.2wt.％、Cr 2.0wt.％、Ni 1.5wt.％。

5.如权利要求1所述的一种多元Mn-Cu基阻尼合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：按照多元Mn-Cu基阻尼合金的目标成分配比称取各原材料；

步骤2：将上述原材料按照易挥发难易程度从高到低，而从上到下放置进行真空熔炼，得到合金铸锭，经电火花加工得到所需试样；

步骤3：对步骤2得到的试样在800～900℃条件下，固溶处理2～24h，随后进行水冷淬火；

步骤4：对步骤3中处理后的试样在380～480℃条件下，时效处理0.5～10h，随后进行水冷淬火，即得所需要的多元Mn-Cu基阻尼合金。

6.根据权利要求5所述的一种多元Mn-Cu基阻尼合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4中得到的多元Mn-Cu基阻尼合金中具有γMnCu枝晶。

说明书

技术领域

本发明涉及合金材料及其制备方法，具体涉及一种多元Mn-Cu基阻尼合金及其制备方法。

背景技术

在科学技术日益发展的今天，振动和噪声已经是一个较为突出的问题，减振降噪技术也越来越受到包括航空航天部件、军用舰艇、民用交通工具、机械设备和家电等众多领域的关注；Mn-Cu合金是较早研究和开发的一类功能结构材料，由于其具有优异的阻尼性能和较好的力学性能而受到广泛的关注；Mn-Cu合金从高温冷却至低温的过程中，会发生顺磁-反铁磁和FCC-FCT马氏体转变，这两种相变使其晶体点阵产生了足够大的畸变而存在内应力，通过应力的释放随即在马氏体相中产生孪晶结构；有研究表明，Mn-Cu合金内部的孪晶界面的应力感生运动，母相与马氏体相界面、马氏体与马氏体相界面在外部周期应力作用下的驰豫行为，可将外部振动能转化为热能耗散掉，因而赋予其较高的阻尼性能。

然而，Mn-Cu合金的铸造性能、耐腐蚀性能较差，这在一定程度上限制了其更为广泛的应用；合金化是提高合金铸造性能和耐腐蚀性能，以及改善其阻尼性能和力学性能的最有效手段之一；通常，一些合金化元素在提高合金铸造性能和耐腐蚀性能的同时，也会降低其阻尼性能或力学性能；而且，一些改善合金阻尼性能的元素会对其力学性能不利，反之亦然；因此多元合金化成为了提高该类合金综合性能的必然趋势。

发明内容

本发明提供了一种铸造缺陷少、阻尼性能高、力学性能和耐腐蚀性能好的多元Mn-Cu基阻尼合金及其制备方法。

本发明采用的技术方案是：一种多元Mu-Cu基阻尼合金，以重量百分比计包括：Mn45～70wt.％、Zn 2～5wt.％、Al 1～3wt.％、Sn 0.5～4wt.％、Si 0.1～0.5wt.％、Cr 1～4wt.％、Ni 1～4wt.％、余量为Cu。

进一步的，以重量百分比计包括：Mn 50.5wt.％、Cu 42.9wt.％、Zn 2.0wt.％、Al1.5wt.％、Sn 1.0wt.％、Si 0.1wt.％、Cr 1.0wt.％、Ni 1.0wt.％。

进一步的，以重量百分比计包括：Mn 59.5wt.％、Cu 32.2wt.％、Zn 2.0wt.％、Al1.5wt.％、Sn 2.0wt.％、Si 0.3wt.％、Cr 1.5wt.％、Ni 1.0wt.％。

进一步的，以重量百分比计包括：Mn 68.5wt.％、Cu 21.3wt.％、Zn 2.0wt.％、Al1.5wt.％、Sn 3.0wt.％、Si 0.2wt.％、Cr 2.0wt.％、Ni 1.5wt.％。

一种多元Mn-Cu基阻尼合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照多元Mn-Cu基阻尼合金的目标成分配比称取各原材料；

步骤2：将上述原材料按照易挥发难易程度从高到低，而从上到下放置进行真空熔炼，得到合金铸锭，经电火花加工得到所需试样；

步骤3：对步骤2得到的试样在800～900℃条件下，固溶处理2～24h，随后进行水冷淬火；

步骤4：对步骤3中处理后的试样在380～480℃条件下，时效处理0.5～10h，随后进行水冷淬火，即得所需要的多元Mn-Cu基阻尼合金。

进一步的，所述步骤4中得到的多元Mn-Cu基阻尼合金中具有γMnCu枝晶。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过添加Zn和Al提高合金的熔铸性能以减少铸造缺陷；

(2)本发明通过添加Sn和Si提高合金内部界面活化程度以提高其阻尼性能，制备得到的多元Mn-Cu基阻尼合金室温内耗值(即Q-1值)为0.02～0.18；

(3)本发明通过添加Sn、Ni和Cr提高合金的耐腐蚀性能，制备得到的多元Mn-Cu基阻尼合金在5％NaCl溶液中100h内的平均腐蚀增重速率小于0.05g·m-2·h-1；

(4)本发明制备的多元Mn-Cu基阻尼合金抗拉强度为500～680MPa；

(5)本发明制备方法简单，易于实施并且生产成本低、利于推广，具有更为广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的多元Mn-Cu基阻尼合金的OM像。

图2为本发明实施例2制备的多元Mn-Cu基阻尼合金的OM像。

图3为本发明实施例3制备的多元Mn-Cu基阻尼合金的OM像。

图4为本发明实施例1制备的多元Mn-Cu基阻尼合金的室温拉伸曲线。

图5为本发明实施例2制备的多元Mn-Cu基阻尼合金的室温拉伸曲线。

图6为本发明实施例1制备的多元Mn-Cu基阻尼合金的阻尼-应变曲线。

图7为本发明实施例2制备的多元Mn-Cu基阻尼合金的阻尼-应变曲线。

图8为本发明实施例3制备的多元Mn-Cu基阻尼合金的阻尼-应变曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

一种多元Mu-Cu基阻尼合金，以重量百分比计包括：Mn 45～70wt.％、Zn 2～5wt.％、Al 1～3wt.％、Sn 0.5～4wt.％、Si 0.1～0.5wt.％、Cr 1～4wt.％、Ni 1～4wt.％、余量为Cu。

一种多元Mn-Cu基阻尼合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照多元Mn-Cu基阻尼合金的目标成分配比称取各原材料；

步骤2：将上述原材料按照易挥发难易程度从高到低，而从上到下放置进行真空熔炼，得到合金铸锭，经电火花加工得到所需试样；

步骤3：对步骤2得到的试样在800～900℃条件下，固溶处理2～24h，随后进行水冷淬火；

步骤4：对步骤3中处理后的试样在380～480℃条件下，时效处理0.5～10h，随后进行水冷淬火，即得所需要的多元Mn-Cu基阻尼合金。

最终得到的多元Mn-Cu基阻尼合金中具有γMnCu枝晶，随着固溶时间的延长合金的偏析现象越来越小，当固溶时间足够长的情况下γMnCu枝晶形貌会消失。

实施例1

一种多元Mn-Cu基阻尼合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照Mn 50.5wt.％、Cu 42.9wt.％、Zn 2.0wt.％、Al 1.5wt.％、Sn1.0wt.％、Si 0.1wt.％、Cr 1.0wt.％、Ni 1.0wt.％成分配比称取各原材料(原材料采用单质Mn块、Cu块、Zn块、Al块、Sn块、Si块、Cr块和Ni块，各原材料的纯度要尽量高)。

步骤2：将步骤1中的原材料放入真空感应熔炼炉中的坩埚内，并按照熔点由低到高的顺序自下而上摆放；将真空感应熔炼炉抽真空至1×10-3～1×10-1Pa，向真空感应熔炼炉中充入纯度为99.999vol.％的氩气进行熔炼，得到合金铸锭；采用电火花加工方法将上述合金铸锭切割成尺寸为10×10×60mm3的试样，将其表面打磨干净并吹干得到所需试样。

步骤3：对步骤2得到的试样在850℃条件下，保温2h进行固溶处理，随后水冷淬火；

步骤4：对步骤3中处理后的试样在430℃条件下，时效处理0.5h，随后进行水冷淬火，即得所需要的多元Mn-Cu基阻尼合金。

采用光学金相显微镜对尺寸为8×8×8mm3的合金试样进行组织观察，其OM像如图1所示(合金组织主要由γMnCu枝晶构成，且存在较为明显的偏析)；采用电子万能力学试验机对合金试样(尺寸按GB/T228-2002要求执行)进行力学性能测试，其拉伸曲线如图4所示(抗拉强度σb约为541MPa；屈服强度σ0.2约为293MPa)；采用多功能倒扭摆内耗仪对尺寸为1.5×1.5×50mm3的合金试样进行阻尼性能测试，其阻尼-应变曲线如图6所示(在应变振幅为10-3下的Q-1值约为0.09)；对尺寸为10×10×1mm3的合金试样进行恒温腐蚀试验(腐蚀介质为5％NaCl溶液，温度为30℃，腐蚀时间为100h)，其平均腐蚀增重速率约为0.0352g·m-2·h-1；可见，合金具有较平衡的综合性能。

实施例2

一种多元Mn-Cu基阻尼合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照Mn 59.5wt.％、Cu 32.2wt.％、Zn 2.0wt.％、Al 1.5wt.％、Sn2.0wt.％、Si 0.3wt.％、Cr 1.5wt.％、Ni 1.0wt.％成分配比称取各原材料(原材料采用单质Mn块、Cu块、Zn块、Al块、Sn块、Si块、Cr块和Ni块，各原材料的纯度要尽量高)。

步骤2：将步骤1中的原材料放入真空感应熔炼炉中的坩埚内，并按照熔点由低到高的顺序自下而上摆放；将真空感应熔炼炉抽真空至1×10-3～1×10-1Pa，向真空感应熔炼炉中充入纯度为99.999vol.％的氩气进行熔炼，得到合金铸锭；采用电火花加工方法将上述合金铸锭切割成尺寸为10×10×60mm3的试样，将其表面打磨干净并吹干得到所需试样。

步骤3：对步骤2得到的试样在850℃条件下，保温2h进行固溶处理，随后水冷淬火；

步骤4：对步骤3中处理后的试样在430℃条件下，时效处理1h，随后进行水冷淬火，即得所需要的多元Mn-Cu基阻尼合金。

采用光学金相显微镜对尺寸为8×8×8mm3的合金试样进行组织观察，其OM像如图2所示(合金组织主要由γMnCu枝晶构成，且存在较为明显的偏析)；采用电子万能力学试验机对合金试样(尺寸按GB/T228-2002要求执行)进行力学性能测试，其拉伸曲线如图5所示(抗拉强度σb约为553MPa；屈服强度σ0.2约为295MPa)；采用多功能倒扭摆内耗仪对尺寸为1.5×1.5×50mm3的合金试样进行阻尼性能测试，其阻尼-应变曲线如图7所示(在应变振幅为10-3下的Q-1值约为0.067)；对尺寸为10×10×1mm3的合金试样进行恒温腐蚀试验(腐蚀介质为5％NaCl溶液，温度为30℃，腐蚀时间为100h)，其平均腐蚀增重速率约为0.0289g·m-2·h-1；可见，合金具有较平衡的综合性能。

实施例3

一种多元Mn-Cu基阻尼合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照Mn 68.5wt.％、Cu 21.3wt.％、Zn 2.0wt.％、Al 1.5wt.％、Sn3.0wt.％、Si 0.2wt.％、Cr 2.0wt.％、Ni 1.5wt.％成分配比称取各原材料(原材料采用单质Mn块、Cu块、Zn块、Al块、Sn块、Si块、Cr块和Ni块，各原材料的纯度要尽量高)。

步骤2：将步骤1中的原材料放入真空感应熔炼炉中的坩埚内，并按照熔点由低到高的顺序自下而上摆放；将真空感应熔炼炉抽真空至1×10-3～1×10-1Pa，向真空感应熔炼炉中充入纯度为99.999vol.％的氩气进行熔炼，得到合金铸锭；采用电火花加工方法将上述合金铸锭切割成尺寸为10×10×60mm3的试样，将其表面打磨干净并吹干得到所需试样。

步骤3：对步骤2得到的试样在850℃条件下，保温10h进行固溶处理，随后水冷淬火；

步骤4：对步骤3中处理后的试样在430℃条件下，时效处理2h，随后进行水冷淬火，即得所需要的多元Mn-Cu基阻尼合金。

采用光学金相显微镜对尺寸为8×8×8mm3的合金试样进行组织观察，其OM像如图3所示(合金组织主要由γMnCu枝晶构成，且存在较为明显的偏析)；采用电子万能力学试验机对合金试样(尺寸按GB/T228-2002要求执行)进行力学性能测试，其抗拉强度σb约为586MPa，屈服强度σ0.2约为365MPa；采用多功能倒扭摆内耗仪对尺寸为1.5×1.5×50mm3的合金试样进行阻尼性能测试，其阻尼-应变曲线如图8所示(在应变振幅为10-3下的Q-1值约为0.039)；对尺寸为10×10×1mm3的合金试样进行恒温腐蚀试验(腐蚀介质为5％NaCl溶液，温度为30℃，腐蚀时间为100h)，其平均腐蚀增重速率约为0.0176g·m-2·h-1；可见，合金具有较平衡的综合性能。

本发明提供一种多元Mn-Cu基阻尼合金，由Mn、Cu、Zn、Al、Sn、Si、Cr、Ni元素组成；在大量的实验基础之上，优化了多元合金成分(特别是Sn、Si、Cr、Ni元素的配比)，提高了合金的综合性能，即在合金铸造性能、阻尼性能、力学性能和耐腐蚀性能之间取得了较好的平衡；通过添加Zn和Al提高合金的熔铸性能以减少铸造缺陷；通过添加Sn和Si提高合金内部界面活化程度以提高其阻尼性能；通过添加Sn、Ni和Cr提高合金的耐腐蚀性能；同时，Ni和Cr还具有固溶强化租用，从而使合金获得了较为平衡的综合性能；本发明制备的多元Mn-Cu基合金铸造性能优良，室温内耗值(即Q-1值)为0.02～0.18，一般Q-1值大于0.01即视为高阻尼态；其抗拉强度为500～680MPa，耐腐蚀性能较好(在5％NaCl溶液中100h内的平均腐蚀增重速率小于0.05g·m-2·h-1)；并且本发明的制备方法易于实施且成本低，利于推广，具有更为广泛的应用前景。

一种多元Mn-Cu基阻尼合金及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。