一种具有高热导性锰基高阻尼合金及其制备方法

摘要

本发明公开了一种具有高热导性锰基高阻尼合金及其制备方法。由如下重量百分比的组分组成：Cu:15‑24%,Zn:1‑3%,Mg:0.2‑1.2%,Zr:0.8‑1.2%,Mo:0.2‑0.4%,Sn:2‑4%,Al:1.2‑1.4%,Ni:1‑5%,Fe:3‑5%，余量为Mn。本发明的合金材料具有传统锰基高阻尼合金的力学性能和阻尼性能：抗拉强度为540‑550MPa，弹性模量为65‑70GPa，屈服强度为280‑320MPa，延伸率为28‑35%，SDC=40‑45%。在保证现有铸造用锰基高阻尼合金阻尼性能和力学性能的基础上，将合金的热导率从90‑120W/m.K左右提高到了190‑210W/m.K。可以大规模应用于温度较高并且需要减振的场合。

权利要求

1.一种锰基高阻尼合金，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：Cu: 15-24%, Zn: 1-3%, Mg: 0.2-1.2%, Zr: 0.8-1.2%, Mo: 0.2-0.4%, Sn: 2-4%, Al: 1.2-1.4%, Ni: 1-5%, Fe: 3-5%，余量为Mn。

2.权利要求1所述锰基高阻尼合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将原料加入到氩气保护的真空感应电炉内，并采用尖晶石坩埚；感应加热到1200-1250℃，形成合金熔 液，并利用电磁效应充分搅拌10分钟；将合金液体在1200-1250℃保温10分钟浇铸到水玻璃模具内进行铸造成型，等完全凝固后取出铸件。

说明书

一种具有高热导性锰基高阻尼合金及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及合金技术，具体地说，涉及一种锰基高阻尼合金。

背景技术

[0002] 现代工业的发展日新月异，各类机械的数量和种类都朝着大功率和高速方向发展。但是机械在运行过程中产生的振动和噪音问题越来越突出，并引起了机械，交通，能源，通讯，电力等行业的广泛关注。振动和噪音不仅可以降低设备的使用寿命，还会对生态环境进行噪声污染，严重损害人民的身心健康。在交通，能源，通讯和电力等领域，控制振动和减少噪音已经成为亟待解决的工程问题。机械噪音的治理不仅是劳动保护和环境保护工作中的紧迫任务，也是提高机械产品质量的重要解决方案。减振降噪的最新发展趋势在源头处入手，将产生振动和噪音的部件用能够吸收振动并将振动的能量转换为热能的材料制成，就可以将机械振动控制在刚产生之后，达到减振降噪效果。传统的隔声和吸声等解决方案，增加装备的空间和重量。

[0003] 国际上近年来兴起的高阻尼减振合金除了具备足够的强度作为力学构件外，还可以通过其内在的高衰减特性进行有效的降噪和减振。因而在急需高减振和降噪的环境下应用越来越广泛，并成为国际上发达国家争相研究的目标。常见的高阻尼合金按照分类有：(1)铁基的高阻尼合金，代表类型为Fe-Cr-Al体系，Fe-Mn体系以及Fe-Si-Al体系等；（2）铝基高阻尼合金，代表类型为Al-Zn体系，Al-Mg体系和Al-Si体系等；（3）锰基高阻尼合金，代表体系为Mn-Cu,Mn-Fe和Mn-Ni等体系。铝基高阻尼合金的阻尼系数比较低，性能是普通铝合金的10倍左右，但是密度较低(<3.5g/cm3)。铁基阻尼合金的阻尼系数一般达到25%左右，使用温度可以到300度，在高温环境下具有较高的减振性能。相比而言，锰基阻尼合金具有最高的减振系数，可以达到42%，但是使用温度一般只能到80度左右。

[0004] 一些具有减振需求的高温工作环境，比如发动机的支架，对锰基高阻尼合金选择有着更为苛刻的要求。首先是强度要求，现有的锰基高阻尼合金在发动机支架能承受的温度范围内完全能满足对力学性能的要求，能够经受大量级的振动和冲击载荷作用，产生的减振降噪效果非常明显。其次，作为发动机支架需要有很高的热传导能力将热量有效地传递出去，以满足高功率发动机工作设计要求。目前国际上出现的锰基减振合金(包括日本的M2052，英国的Sonoston,美国的Incramute合金)的热导率都维持在90-120W/m.K左右。

[0005] 将具有最高减振性能锰基合金用于较高温度条件下的减振，是当前阻尼合金设计领域的一个热点。除了合金化的方案来提高合金的耐热度外，增加合金的传热系数也是一种有效的解决方案，使得减振构件内由于更高的传热性能而使得温度大大降低。可以预计，由于更加优化的传热性能，锰基减振合金必将广泛应用于机载，舰载电子设备中的电子机柜，控制盘，托架，风机，消声器，发动机变速箱等部件，起到了减振降噪的作用。在不久的将来，随着减震降噪领域更多工程应用拓展，锰基高阻尼合金必将在更多的结构设计中得到广泛应用。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有高热导率的铸造用锰基高阻尼合金材料及其制备方法。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0008] 一种锰基高阻尼合金，由如下重量百分比的组分组成：Cu: 15-24%, Zn: 1-3%, Mg: 0.2-1.2%, Zr: 0.8-1.2%, Mo: 0.2-0.4%, Sn: 2-4%, Al: 1.2-1.4%, Ni: 1-5%, Fe: 3-5%，余量为Mn。

[0009] 上述锰基高阻尼合金的制备方法，包括如下步骤：将原料加入到氩气保护真空感应电炉内，并采用尖晶石坩埚；感应加热到1200-1250℃，形成合金溶液，并利用电磁效应充分搅拌10分钟；将合金液体在1200-1250℃保温10分钟浇铸到水玻璃模具内进行铸造成型，等完全凝固后取出铸件。

[0010] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0011] （1）本发明的合金材料具有传统锰基高阻尼合金的力学性能和阻尼性能：抗拉强度为540-550MPa，弹性模量为65-70GPa，屈服强度为280-320MPa，延伸率为28-35%，SDC=40-45%。在保证现有铸造用锰基高阻尼合金阻尼性能和力学性能的基础上，将合金的热导率从
120-140W/m.K左右提高到了190-210W/m.K。可以大规模应用于温度较高并且需要减振的场合。

[0012] （2）该铸造合金冶炼加工方法简单，生产成本比较低。在保证阻尼性能的同时，也使得合金的耐高温性能有了进一步提高，便于工业化大规模应用。

[0013] （3）本发明可用于制造在使用温度为80℃以下，应变振幅低于5000微米的结构件并具有极其显著的减振和散热效果。

具体实施方式

[0014] 实施例1

[0015] 一种锰基高阻尼合金，按重量百分比计，合金的化学成分为：Cu: 16%, Zn: 1.5%, Mg: 0.3%, Zr: 0.9%, Mo: 0.3%, Sn: 2.5%, Al: 1.2%, Ni: 1.5%, Fe: 3%，余量为Mn。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护真空感应电炉内并采用尖晶石坩埚，感应加热到1220℃，形成合金溶液，并利用电磁搅拌充分搅拌10分钟随后并保温10分钟。将合金液体在1220℃浇铸到水玻璃模具内成铸件。等完全凝固后取出铸件。随后热处理工艺为：真空固溶处理1000℃，12小时；真空时效处理425℃，4小时。所得合金的力学性能，阻尼性能和传热性能为：抗拉强度542MPa，弹性模量为67GPa，屈服强度为289MPa，延伸率为29%，阻尼系数为SDC=42%，热导率为195W/m.K。

[0016] 实施例2

[0017] 一种锰基高阻尼合金，按重量百分比计，合金的化学成分为：Cu: 19%, Zn: 1.5%, Mg: 1.1%, Zr: 0.9%, Mo: 0.3%, Sn: 2.9%, Al: 1.3%, Ni: 2.4%, Fe: 3.9%，余量为Mn。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护真空感应电炉内并采用尖晶石坩埚，感应加热到1230℃，形成合金溶液，并利用电磁搅拌充分搅拌10分钟随后并保温10分钟。将合金液体在1230℃浇铸到水玻璃模具内成铸件。等完全凝固后取出铸件。随后热处理工艺为：真空固溶处理1000℃，12小时；真空时效处理425℃，4小时。所得合金的力学性能，阻尼性能和传热性能为：抗拉强度548MPa，弹性模量为66GPa，屈服强度为310MPa，延伸率为32%，阻尼系数为SDC=44%，热导率为203W/m.K。

[0018] 实施例3

[0019] 一种锰基高阻尼合金，按重量百分比计，合金的化学成分为：Cu: 23%,Zn: 1.9%,Mg: 0.9%,Zr: 1.1%,Mo: 0.2%,Sn: 2.5%,Al: 1.3%,Ni: 3.6%,Fe: 4.2%，余量为Mn。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护真空感应电炉内并采用尖晶石坩埚，感应加热到1240℃，形成合金溶液，并利用电磁搅拌充分搅拌10分钟随后并保温10分钟。将合金液体在1240℃浇铸到水玻璃模具内成铸件。等完全凝固后取出铸件。随后热处理工艺为：真空固溶处理1000℃，12小时；真空时效处理425℃，4小时。所得合金的力学性能，阻尼性能和传热性能为：抗拉强度545MPa，弹性模量为68GPa，屈服强度为305MPa，延伸率为29%，阻尼系数为SDC=42%，热导率为208W/m.K。