[发明专利]一种强磁场下定向凝固高阻尼锰铜合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种强磁场下定向凝固高阻尼锰铜合金材料及其制备方法，涉及高阻尼性能的锰铜基合金制备方法技术领域。本发明包括原料制备和高阻尼锰铜合金制备，原料制备包括以下步骤：合金元素按重量百分配比为：Mn:70‑75wt.％、Cu:15‑20wt.％、Ni:6‑10wt.％、Fe:1.5‑2.5wt.％和其他不可避免的杂质，然后将原料放在坩埚中，置于真空感应熔炼炉内熔化。本发明合金结合强静磁场下定向凝固工艺，获得具有(111)晶面择优取向的单一的γ相组织，通过反铁磁相变的磁有序化显著提升合金服役温度范围内的阻尼性能，进而实现制备高阻尼性能锰铜基合金的目的，本发明阻尼合金成分简单，制备工艺流程短，生产效率高，制造成本低。

技术领域

本发明属于高阻尼性能的锰铜基合金制备方法技术领域，特别是涉及一种强磁场下定向凝固高阻尼锰铜合金材料及其制备方法。

背景技术

频率在100赫兹以下的低频噪音与人类脏腑的固有频率接近而容易引起共振，对人的健康危害最大。常年在低频噪音的影响下，会导致心脏、肺、脾、肾、肝等受到不可逆的损害。采用Mn-Cu基阻尼合金来设计制造构件可以阻断振动源，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。

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。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，阻尼性能(Tanδ)可达0.049。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，但常温阻尼性能较低，仅为0.02-0.04。专利CN202110552536.4公开一种宽温区服役的高阻尼锰铜合金及其制备方法，合金经定向凝固制备后再予以时效热处理，制造流程较为复杂。

众所周知，振动和噪声的传递往往具有矢量特性，即具有方向性。一般而言，对于合金的普通定向凝固过程，随着凝固过程抽拉速率的增加，合金凝固所需的时间会大大缩短，生产效率也大幅提高，但合金的(200)晶体取向会越来越占优。然而Mn-Cu基合金的微观组织主要是{011}孪晶，孪晶界在外力作用下的弛豫运动会消耗合金内部的能量，这是Mn基合金高阻尼性能的主要来源。同时锰铜基合金的阻尼能力还可以来源于位错运动，Mn-Cu基合金的位错滑移面为(111)、滑移方向[110]。利用常规定向凝固过程获得的(200)晶体取向无论对孪晶还是位错均极为不利。如果我们利用强磁场通过控制凝固过程形成既有利于孪晶运动，又有益于位错滑移的(111)取向，那么所制备合金的阻尼性能将得到大幅提升。

进一步而言，反铁磁γ-Mn的自旋方向沿c轴，在c面内自旋相互平行，而相邻c面内自旋相互反平行。单位晶胞内不同原子面的磁矩并不相同，单位晶胞内(111)面具有八分之一的剩余磁矩而(200)面的磁矩相互抵消。如果获得(111)晶面取向占优，通过特殊合金化可以诱导磁子有序化，从而进一步提高合金阻尼性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强磁场下定向凝固高阻尼锰铜合金材料及其制备方法，以解决了现有的问题：现有技术阻尼合金制备过程中阻尼合金成分复杂、制备工艺流程较长，生产效率较低的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种强磁场下定向凝固高阻尼锰铜合金材料及其制备方法，包括原料制备和高阻尼锰铜合金制备，所述原料制备包括以下步骤：