CN106086557B - 一种Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种Mn‑Cu‑Al热敏阻尼合金材料及其制备方法，在该Mn‑Cu‑Al热敏阻尼合金材料制备方法中包括：S1根据Mn‑Cu‑Al的原子百分比计算得到Mn‑Cu‑Al的质量百分比；S2根据计算得到的Mn‑Cu‑Al的质量百分比并称取相应重量的Mn片、Cu块以及Al块；S3对Mn片、Cu块以及Al块进行熔炼，得到成分均匀的铸锭；S4将熔炼好的铸锭热轧成薄板；S5对薄板进行水淬和去除氧化皮处理，得到Mn‑Cu‑Al合金。其通过控制不同的时效温度及时效时间能够将该合金制备成一系列对不同温度(室温～140℃)热敏的热敏元件。

Description

一种Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料及其制备方法。
背景技术
高锰含量的锰基合金从高温冷却过程中，在一定的成分范围内，会发生顺磁→反铁磁转变和马氏体相变，在升温过程中会发生反铁磁→顺磁转变和马氏体逆相变。γMn-Cu(锰-金)合金是典型的反铁磁合金，其马氏体相变温度与反铁磁相变温度在一定的成分范围内相互耦合，具有良好的阻尼性能和机械加工性能，经时效后会形成局域的富Mn区和富Cu区。
随着科技的不断发展，新型材料的需求也日益增加。自1948年Zener发现发现88％Mn-Cu合金具有很好的阻尼性能以来，Mn-Cu阻尼合金的研宄与应用已取得较大进展。已获得商业化的包括Sonoston、Incramute、2310、M2052等应用型阻尼合金。但在Mn-Cu合金方面的研究，研究热点侧重于材料室温下阻尼性能，而对于该系列合金在中、高温条件下的阻尼性并未引起人们更多地关注。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料及其制备方法，实现了不同温度热敏的Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料的制备。
本发明提供的技术方案如下：
一种Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料，按照原子百分比，所述Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料中包括：80％～90％的Mn、10％～20％的Cu以及0％～10％的Al。
本发明还提供了一种Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料制备方法，应用于上述Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料，所述制备方法包括：
S1根据Mn-Cu-Al的原子百分比计算得到Mn-Cu-Al的质量百分比；
S2根据计算得到的Mn-Cu-Al的质量百分比并称取相应重量的Mn片、Cu块以及Al块；
S3对所述Mn片、Cu块以及Al块进行熔炼，得到成分均匀的铸锭；
S4将熔炼好的所述铸锭热轧成薄板；
S5对所述薄板进行水淬和去除氧化皮处理，得到得到Mn-Cu-Al合金。
进一步优选地，在步骤S2中，所述Mn片为纯度大于99.9％的电解Mn片；所述Cu块和Al块为纯度大于99.9％的纯Cu块和纯Al块。
进一步优选地，在步骤S3中具体包括：以高纯氩气作为保护气体，将所述Mn片、Cu块以及Al块至于水冷铜坩埚中进行多次熔炼，得到成分均匀的铸锭。
进一步优选地，在步骤S5之后还包括：
S6对步骤S5中得到的所述Mn-Cu-Al合金进行时效处理。
本发明提供的Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料及其制备方法，能够带来以下有益效果：
在本发明提供的Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料及其制备方法，通过控制不同的时效温度及时效时间就可以将该合金制备成一系列对不同温度(室温～140℃)热敏的热敏元件。
在该一系列合金材料为在不同温度下具有高内耗且具有明显热效应的材料，并可以通过改变加入Al的含量改善其力学性能、加工工艺耐腐蚀等性能。整个制备过程工艺简单，易于操作。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为本发明中Mn-Cu-Al合金经历循环次数一次为0次(对应曲线A)、1次(对应曲线B)、3次(对应曲线C)、4次(对应曲线D)、5次(对应曲线E)后的内耗温度谱图；
图2为本发明中Mn-Cu-Al合金循环次数分别为0-9次的DSC温度曲线图；其中，图2(a)为降温DSC曲线图，图2(b)位升温DSC曲线图；
图3为本发明中Mn-Cu-Al合金经历0次循环(曲线F对应升温热膨胀曲线图，曲线G对应降温热膨胀曲线图)和2次循环后的热膨胀曲线图(曲线H对应升温热膨胀曲线图，曲线I对应降温热膨胀曲线图)。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
以下以Mn-Cu-Al原子百分比为82.2:15.8:2为例对本发明做出详细描述：
在制备过程中，首先，按照Mn-Cu-Al的原子百分比(82.2:15.8:2)折算成相对应的质量百分比，并称取相对应的电解Mn片(纯度>99.9％)、纯Cu块(纯度>99.9％)以及纯Al块(纯度>99.9％)。
之后，采用真空非自耗电弧炉，以高纯氩气作为保护气体将各试样合金(上述Mn片、Cu块以及Al块)的原料置于水冷铜坩埚中进行熔炼，重复三至四次，得到纽扣状成分均匀的质量约60g(克)的铸锭。在其他实施例中，这里熔炼的次数根据能够得到成分均匀的铸锭为准，如还可以为5次、6次甚至更多。
接着，将熔炼好的铸锭在860℃(摄氏度)保温60min(分钟)，再将其热轧成厚度为1.5mm(毫米)的薄板，并将轧制好的Mn-Cu-Al合金在880℃下保温120min后立即进行水淬，去除氧化皮。
为了测考察热循环对上述Mn-Cu-Al合金的阻尼性能的影响，我们对同一样品进行了多次内耗试验，具体试验条件为：首先，在氩气气氛下经历以2℃/min的升温速率从室温升温至470℃；之后随炉冷却，如图1所示为该内耗试验循环次数分别为0次(对应曲线A，曲线中含方块标识)、1次(对应曲线B，曲线中含圆块标识)、3次(对应曲线C，曲线中含向上三角形块标识)、4次(对应曲线D，曲线中含向下三角形块标识)、5次(对应曲线E，曲线中含向左三角形块标识)后的内耗温度谱，测试方式为强迫振动模式，测试频率为0.5Hz(赫兹)。由图2可知，该Mn-Cu-Al合金在室温附近有较好的阻尼性能，同时随着经历热循环次数增加合金的内耗峰值温度逐渐向高温移动。
为考察热循环对上述Mn-Cu-Al合金的热学性能的影响，对同一样品进行多次DSC(Differential Scanning Calorimetry，差示扫描量热法)测试，具体测试条件为:氩气气氛下，以10℃/min的升温速率从-15℃升温至420℃，在420℃保温1小时，再以10℃/min的降温速率降至-15℃，如此循环。试验结果见图2(循环次数为0-9次，图示中的0、1、2、3、9分别表示循环0次、1次、2次、3次和9次)，其中，图2(a)为降温DSC曲线图，图2(b)位升温DSC曲线图，由图可以看出：随着经历热循环次数的增加，合金升降温时的吸放热峰均逐渐向高温移动，移动速率先快后慢。
为考察热循环对上述Mn-Cu-Al合金的热膨胀性能的影响，将Mn-Cu-Al合金的原始样品，以3℃/min的升温速率从室温升温至470℃，然后随炉冷却的样品进行热膨胀性能测试，如图3所示为经历0次热循环(曲线F对应升温热膨胀曲线图，曲线G对应降温热膨胀曲线图)与经历2次热循环(曲线H对应升温热膨胀曲线图，曲线I对应降温热膨胀曲线图)之后热膨胀性能测试结果，由图中可以看出，经历2次热循环之后的Mn-Cu-Al合金的热膨胀曲线突变温度也向高温移动。
由上述合金的内耗试验、DSC试验、热膨胀试验结果可知，合适温度范围内的热循环次数增加，会使合金的内耗峰温度、吸(放)热峰值温度、热膨胀突变温度均向高温移动，以此实现通过控制不同的时效温度及时效时间制备成一系列对不同温度热敏的热敏元件。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料，其特征在于，按照原子百分比，所述Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料中包括：80％～90％的Mn、10％～20％的Cu以及Al，Al的原子百分比为0％＜Al≤10％；
根据通过固定时效温度和时效时间、改变时效次数的方式建立的合金材料热敏温度点随时效次数变化的曲线对Mn-Cu-Al合金进行时效处理制备相应的热敏元件；
在建立合金材料热学性能随时效次数变化的曲线中，对同一合金材料进行多次DSC测试，测试条件为：氩气气氛下，以10℃/min的升温速率从-15℃升温至420℃，在420℃保温1小时，再以10℃/min的降温速率降至-15℃，如此循环；
在建立合金材料热膨胀性能随时效次数变化的曲线中，测试条件为：以3℃/min的升温速率从室温升温至470℃，然后随炉冷却样品进行热膨胀性能测试，如此循环。
2.一种Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料制备方法，其特征在于，所述制备方法应用于如权利要求1所述的Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料，所述制备方法包括：
S1根据Mn-Cu-Al的原子百分比计算得到Mn-Cu-Al的质量百分比；
S2根据计算得到的Mn-Cu-Al的质量百分比并称取相应重量的Mn片、Cu块以及Al块；
S3对所述Mn片、Cu块以及Al块进行熔炼，得到成分均匀的铸锭；
S4将熔炼好的所述铸锭热轧成薄板；
S5对所述薄板进行水淬和去除氧化皮处理，得到Mn-Cu-Al合金；
在步骤S5之后还包括：
S6对步骤S5中得到的所述Mn-Cu-Al合金进行时效处理；根据通过固定时效温度和时效时间、改变时效次数的方式建立的合金材料热敏温度点随时效次数变化的曲线对Mn-Cu-Al合金进行时效处理制备相应的热敏元件；
在建立合金材料热学性能随时效次数变化的曲线中，对同一合金材料进行多次DSC测试，测试条件为：氩气气氛下，以10℃/min的升温速率从-15℃升温至420℃，在420℃保温1小时，再以10℃/min的降温速率降至-15℃，如此循环；
在建立合金材料热膨胀性能随时效次数变化的曲线中，测试条件为：以3℃/min的升温速率从室温升温至470℃，然后随炉冷却样品进行热膨胀性能测试，如此循环；
在步骤S3中具体包括：以高纯氩气作为保护气体，将所述Mn片、Cu块以及Al块至于水冷铜坩埚中进行多次熔炼，得到成分均匀的铸锭。
3.如权利要求2所述的Mn-Cu-Al热敏阻尼合金材料制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述Mn片为纯度大于99.9％的电解Mn片；所述Cu块和Al块为纯度大于99.9％的纯Cu块和纯Al块。
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