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碳酸镍用于改善烧结锰铜阻尼合金性能的方法技术

技术编号:14817322 阅读:90 留言:0更新日期:2017-03-15 11:36
本发明专利技术公开了一种碳酸镍用于改善烧结锰铜阻尼合金性能的方法。利用碳酸镍热分解、氢还原产生的高活性镍促进烧结,释放出来的CO2、H2O气体阻止烧结坯表面形成致密封闭层,提高烧结体的均匀性,使得在氢气气氛下烧结就可以得到大尺寸的锰铜烧结体,在氢气作用下热解、还原和烧结。具体步骤为碳酸镍分解:300~450℃保温1~4小时;氧化镍还原:400~550℃保温1~4小时;烧结:850~950℃保温时间为1~4小时;升温速度5~10℃/分钟。本发明专利技术可烧结合金直径达100mm、长度达220mm,密度为5.18~5.73g/cm3,硬度为49~95HRF,弯曲强度为126~278MPa的锰铜阻尼合金。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气氛烧结多孔结构锰铜高阻尼合金的方法。它是通过以碳酸镍做为镍元素供体,利用碳酸镍的热解特性及其分解产物改善烧结工艺过程,实现大尺寸规格材料均匀烧结目的。技术背景本专利技术属于粉末冶金领域的阻尼材料。锰铜合金作为孪晶型阻尼材料的代表,已被广泛使用在生活生产的各个领域。锰铜阻尼合金材料具有γ相组织的锰铜合金的反铁磁转变,形成点阵畸变,触发微孪晶,若点阵畸变诱发了马氏体相变,则将形成马氏体孪晶,母相与热弹性马氏体相界面的移动和热弹性马氏体孪晶亚结构的移动消耗能量,产生高阻尼现象。锰铜阻尼合金材料具有无磁性,低温阻尼性能很好并且强度和韧性很好的特点。如果成分热处理得当,其阻尼性能最高可达到橡胶水平。而且锰铜合金材料具有良好的变形能力,可很好的应用于阻尼合金支架、阻尼合金垫片、轴承、超传导线圈、电弓架、阻尼合金薄板等这些零部件上,主要应用的锰铜阻尼合金的成分见表1。表1实用化锰铜阻尼合金的成分范围(质量百分比)除了美国的Incramute合金外,其余锰铜合金中都含有元素Ni,其范围在0.3~5%之间。合金中加入Ni的目的是提高合金的耐蚀性,同时Ni的添加有助于增加Mn-20Cu合金的阻尼性能,但是含量达到5%则无效。锰铜合金时效后的组织产生了微孪晶,微孪晶的出现是在时效过程中由调幅组织转化而得,合金阻尼性能伴随着微孪晶密度的增大而提高。Ni含量显著影响合金fcc-fct转变点Tt,说明Ni能够抑制高温γ-Mn相的分解。多孔金属具有密度低、强度高、吸声性能高等优点逐渐引起人们的注意,金属材料的多孔化已经被证实是提升金属材料阻尼性能的非常有效途径之一。MikioFukuhara等人研究了烧结Mn-(5、10、15、20)Cu合金的阻尼性能,并与铸造M2052合金进行比较,Mn粉的纯度为99%,粒度为16μm,Cu粉的纯度为99%,粒度为7μm,混合后在氢气环境下30MPa的压力在950℃温度下烧结1h。加热和冷却速度分别为0.043和0.028℃/s,热处理制度为:850℃×1h+450℃×6h。多孔Mn-Cu合金的阻尼性能随温度变化(-50~200℃)受的影响比较小,烧结Mn-Cu合金可以弥补高Mn合金难加工的问题。大同特殊钢公司申请的Mn系减振合金的制造方法专利(特开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烧结得到的MnCu合金的烧结密度5.9g/cm3,减震系数可达到0.4。粉末冶金方法制备多孔锰铜合金的基本工艺为采用单质或合金化的混合粉末为原料,制成压坯后在870~950℃在气氛或真空烧结、然后800~950℃固溶处理和300~500℃长时间时效处理。单质Mn元素与Cu元素扩散形成的一定浓度固溶体在871℃以上温度会出现瞬态液相,从而起到液相烧结的作用,获得较高强度的合金;但烧结温度超过950℃会造成液相过多而不利于烧结体的形状稳定性。由于氢、氮等气氛中都富有一定成分的水分压,会造成锰的表面氧化而阻碍烧结,真空烧结有利于减轻锰的氧化作用;加压烧结或氩等惰性气体保护烧结也有类似作用。单质锰的导热系数只有7.82W/m.℃,纯铜为401W/m.℃。由于锰粉的低导热性,并且其表面或多或少有吸附的氧或水分子,大尺寸压坯往往表层附近压制密度高于芯部密度等特点,造成在加热烧结过程中坯料中心与表面存在较大的温差,表面层较早地达到烧结温度而致密度提高,芯部达不到烧结温度或需要很长的保温时间,使得大尺寸的锰铜合金烧结体的组织和性能极不均匀,形成“外熟内生”的状态。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种碳酸镍用于改善烧结锰铜阻尼合金性能的方法,利用碳酸镍的分解产物做为镍元素的供体,制备粉末冶金锰铜阻尼合金,镍含量在0.3~5%范围,利用碳酸镍热分解和氢还原得到的纳米级的高活性镍促进烧结,释放出来的CO2、水蒸气阻止压坯表面形成致密封闭层,提高烧结体的均匀性,使得在氢还原气氛下烧结就可以得到大尺寸的锰铜烧结体。具体的制备多孔锰铜高阻尼合金工艺步骤如下:1.粉末准备与混合将电解锰粉(纯度:≥99.7%粒度:-100目)、电解铜粉(纯度:≥99.7%,粒度:-200目)、水雾化铁粉(纯度:≥98.5%,粒度:~30μm),有时包括雾化铝粉(纯度:≥99.2%,目数:~10μm)、雾化锡粉(纯度:≥99.5%,目数:~10μm)、雾化锌粉(纯度:≥99.8%,目数:~10μm)、还原钼粉(纯度:≥99.8%,~1μm)和其他少量单质碳、硅、铬机械破碎粉末,碳酸镍为化学结晶晶体粉(纯度:≥99%,目数:-80目),按照下表配比进行配料。按照如下质量百分比配料:Mn:41~78Sn:0~1.2Cu:17~39Cr:0~0.6Al:0~6Mo:0~0.9Fe:1~4Zn:0~4Ni*:0.3~5C:0~0.2Si:0~0.2*为镍元素的含量,碳酸镍的用量需要根据其含有Ni质量比例计算;将配好的粉料置于球磨罐中进行干磨,球磨时间为0.5~4h至粉料均匀。由于混合料中有较多量的塑性高的Cu、Sn等,在较大的压制压力下会产生塑性变形,从而具有高的压坯强度,因此一般不需要额外添加成形剂。但当压坯要求尺寸较大时,可添加一定量的硬脂酸锌、石蜡微粉等成形剂,可参照一般粉末冶金工艺。2.压制成型将混好的粉料在100~600MPa的压力下压制成所需尺寸的压坯。压力范围根据坯料的尺寸和粉末混合体的压制性能,以及孔隙度的要求来选择,对于大尺寸、孔隙率要求高,取下限;小尺寸、高致密取大压力。必要时可采取等向压力的冷等静压成形,或者采取松装烧结(无压力)。3.热解与烧结过程由于需要在流动的干燥氢气的保护作用下热解、还原和烧结,具体步骤为300~450℃保温1~4小时;400~550℃保温1~4小时;850~950℃保温时间为1~4小时;升温速度5~10℃/分钟。烧结坯尺寸较小的时候,温度和保温时间可取下限,升温速度可取上限。烧结坯尺寸较大的时候,温度和保温时间可取上限,升温速度可取下限。碳酸镍添加量大时,热分解阶段保温时间可取上限,升温速度可取下限。4.热处理工艺烧结锰铜经过固溶和时效处理,获得高的阻尼性能,具体参照熔铸、加工和金的工艺参数。由于采用本专利技术制备的锰铜合金为多孔材料,热处理时加热时间需要略有延长。碳酸镍在每千克高锰锰铜阻尼合金中的用量为6~102克。碳酸镍(NiCO3)在300℃以上温度就可以分解,其热分解最终产物为NiO和CO2。以6℃/min升温速率升至450℃并保温20min,在氩气中能获得约5nm的氧化镍(NiO)。氧化镍的温度在400-550℃即可以完全还原,通常使用H2等较为安全的还原剂还原NiO,NiO+H2→Ni+H2O↑。在镍还原温度范围内,由于得到的粉末颗粒很细小而表面能高,镍粉表面会出现熔融,颗粒之间会出现粘接。在制备含镍的锰铜合金粉末冶金工艺中,采用碳酸镍代替镍粉做为镍元素的供体的主要作用是:①碳酸镍热分解产生的微细镍元素具有低的熔点,能够在较低的温度将单质锰粉熔合,从而减少热阻界面,提高烧结坯料的热导性和温度均匀性,从而提高锰铜烧结合金的均匀性;②在碳酸镍分解的温度范围,压坯表面还没有实现烧结致密化,因此碳酸镍分解产生的水和本文档来自技高网
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碳酸镍用于改善烧结锰铜阻尼合金性能的方法

【技术保护点】
碳酸镍用于改善烧结锰铜阻尼合金性能的方法,合金中各元素的质量百分含量为Mn:45~78, Cu:15~40 ,Al:0~6, Fe:1~4 ,Ni:0.3~5, Sn:0~1.2 ,Cr:0~0.6 ,Mo:0~0.9 ,Zn:0~4, C:0~0.2,其特征在于包括以下步骤:A粉末准备与混合将纯度≥99.7%,粒度小于100目的电解锰粉、纯度≥99.7%,粒度小于200的电解铜粉,纯度≥98.5%,粒度为28~32μ m的水雾化铁粉,纯度≥99.2%,粒度为8~12μ m的雾化铝粉,纯度≥99.5%,粒度为8~12μ m雾化锡粉,纯度≥99.8%,粒度为8~12μ m雾化锌粉、纯度≥99.8%,粒度为1~2μ m的还原钼粉和其他少量单质碳、硅、铬机械破碎粉末,纯度≥99%,粒度为小于80目的碳酸镍,按照所需要质量百分比配料,其中碳酸镍为化学结晶晶体粉;将配好的粉料置于球磨罐中进行干磨,球磨时间为0.5~4h至粉料均匀;B 压制成型将混好的粉料在100~600MPa的压力下压制成所需尺寸的压坯,压力范围根据坯料的尺寸和粉末混合体的压制性能,以及孔隙度的要求来选择;C 热解与烧结过程在流动的干燥氢气的保护作用下热解、还原和烧结,具体步骤为300~450℃保温1~4小时; 400~550℃保温1~4小时;850~950℃保温时间为1~4小时;升温速度5~10℃/分钟;D热处理工艺烧结锰铜经过固溶和时效处理,获得高的阻尼性能。...

【技术特征摘要】
1.碳酸镍用于改善烧结锰铜阻尼合金性能的方法,合金中各元素的质量百分含量为Mn:45~78,Cu:15~40,Al:0~6,Fe:1~4,Ni:0.3~5,Sn:0~1.2,Cr:0~0.6,Mo:0~0.9,Zn:0~4,C:0~0.2,其特征在于包括以下步骤:A粉末准备与混合将纯度≥99.7%,粒度小于100目的电解锰粉、纯度≥99.7%,粒度小于200的电解铜粉,纯度≥98.5%,粒度为28~32μm的水雾化铁粉,纯度≥99.2%,粒度为8~12μm的雾化铝粉,纯度≥99.5%,粒度为8~12μm雾化锡粉,纯度≥99.8%,粒度为8~12μm雾化锌粉、纯度≥99.8%,粒度为1~2μm的还原钼粉和其他少量单质碳、硅、铬机械破碎粉末,纯度≥99%,粒度为小于...

【专利技术属性】
技术研发人员:罗丰华薛丽珊卢凤双张建福赵栋梁朱警
申请(专利权)人:中南大学
类型:发明
国别省市:湖南;43

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