专利摘要
本发明公开了一种轻质泡沫Mn‑Cu合金高阻尼材料，其由金属锰和铜组成的二元合金或添加铁、镍和铝中的一种或多种而形成的多元合金。该材料通过以下步骤制备而成：将Mn‑Cu合金颗粒与发泡剂均匀混合；将混合好的粉末放置于模具中，进行冷压成型，得到胚体备用；将胚体再进行热压成型，得到致密度大于80％的高致密胚体；将高致密胚体放置于模具中，再发泡，发泡结束后冷却，最终得到孔径均匀的泡沫Mn‑Cu合金高阻尼材料。本材料克服了传统高阻尼Mn‑Cu合金密度大的问题，同时通过孔隙率及空洞周围的高密度缺陷来有效提高Mn‑Cu合金的阻尼性能，另外本方法克服了发泡温度高、孔径大小分布不均匀、工艺操作难等问题。
权利要求
1.一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料，其特征在于：所述轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料是由金属锰和铜组成的二元合金或添加铁、镍和铝中的一种或多种而形成的多元合金；
所述二元合金或多元合金的密度均低于5g/cm3。
2.根据权利要求1所述的所述的一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料，其特征在于：所述轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料中含有泡沫孔，且泡沫孔为闭孔或开孔结构；
所述泡沫孔的孔径为10nm-5000um，孔隙率为20％-98％。
3.一种如权利要求1-3任一所述的轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将Mn-Cu合金颗粒与发泡剂按照一定比例均匀混合，得到粉末备用；
步骤二：将上述混合好的粉末放置于模具中，进行冷压成型，得到胚体备用；
步骤三：将上述成型的胚体再进行热压成型，得到致密度大于80％的高致密胚体；
步骤四：将步骤三所得到的高致密胚体放置于模具中，再于一定烧结条件下发泡，发泡结束后冷却，最终得到孔径均匀的泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料。
4.根据权利要求3所述的一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的Mn-Cu合金颗粒尺寸为10nm-1000um；
所述步骤一中的发泡剂为氯化钠、碳酸盐、金属氢化物中的一种，且发泡剂所占重量比例为1％-90％。
5.根据权利要求4所述的一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的制备方法，其特征在于：所述碳酸盐为碳酸氢铵、碳酸锶、碳酸钡、碳酸钙、碳酸镁或碳酸锂中的一种；所述金属氢化物为氢化钛、氢化锆、氢化镁或氢化钙中的一种。
6.根据权利要求3所述的一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中的冷压压力为100-500MPa。
7.根据权利要求3所述的一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的热压压力为100-500MPa，热压温度为300-900℃，热压时间为10min-10h。
8.根据权利要求3所述的一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中的烧结条件为烧结温度400-1100℃，烧结时间2min-1h。
9.根据权利要求3所述的一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的热压以及步骤四中的烧结过程均是在真空或惰性气体保护下进行。
10.根据权利要求3所述的一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中冷却的方式为空冷、水冷、雾冷或风冷。
说明书
技术领域
本发明涉及一种泡沫型轻质高阻尼材料及其制作方法，尤其涉及一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料及其制备方法。
背景技术
Mn-Cu合金是一种典型的孪晶界面弛豫型高阻尼合金，早期的商业化应用是作为海军舰船的螺旋桨以降低振动。自从2000年日本研究人员发展了M2052阻尼合金(Mn-20Cu-5Ni-2Fe，at％)以后，Mn-Cu合金所具有的良好可加工性能和高阻尼性能(最大内耗值达到0.06)受到了人们的广泛关注，特别是在航空航天、机械工程、生物医学工程和仪器仪表等领域具有极大的潜在应用价值。然而面向造价和运行成本均相对昂贵的航天航空结构和部件等领域的应用时，Mn-Cu合金的高比重(约为7g/cm3)极大地限制了其发展，面临着极度苛刻的材料性能和部件轻量化要求。
我们知道，泡沫金属是一种应用前景广阔的新型结构与功能兼容材料。作为结构材料,具有轻质、高比强度的特点；作为功能材料,具备隔声(或吸声)、隔热(或散热)、阻燃、阻尼、冲击能量吸收和电磁屏蔽等多种物理性能。因此，我们设想制备一种泡沫型Mn-Cu合金，既保留了Mn-Cu合金材料一定的强度，而且由于较高的孔隙率及空洞周围的高密度缺陷，不仅可以有效降低Mn-Cu合金的比重，而且能够在材料本身阻尼能力的基础上，进一步提高其阻尼性能。一般地，用这种泡沫金属零件来代替传统的铸件，重量至少可减少30％，且强度、抗震性都有较大的提高。因此，制备具有多孔结构的Mn-Cn合金，有望实现结构轻量化和功能一体化材料的制备，以期满足Mn-Cu合金在航空航天领域以及更广领域的应用需求。
目前已有多种制备泡沫金属的方法,其中粉末冶金发泡法可用于一些熔点较高的金属和合金制备泡沫金属，该方法具有以下优点:对设备的要求不高，生产工艺简单；所制备孔结构均匀；可以制备复杂构件；能够方便地调节合金成分；可以制成三明治结构；目前受到越来越多研究者的重视。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料及其制备方法，该材料克服了传统高阻尼Mn-Cu合金密度大的问题，同时可通过孔隙率及空洞周围的高密度缺陷来有效提高Mn-Cu合金的阻尼性能，另外采用粉末冶金法实现泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的制备，有效克服了传统多孔材料的制备方法包括熔体发泡法所存在诸如发泡温度高、孔径大小分布不均匀、工艺操作难度大等问题。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料，所述轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料是由金属锰和铜组成的二元合金或添加铁、镍和铝中的一种或多种而形成的多元合金；
所述二元合金或多元合金的密度均低于5g/cm3。
进一步改进在于，所述轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料中含有泡沫孔，且泡沫孔为闭孔或开孔结构；
所述泡沫孔的孔径为10nm-5000um，孔隙率为20％-98％。
一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将Mn-Cu合金颗粒与发泡剂按照一定比例均匀混合，得到粉末备用；
步骤二：将上述混合好的粉末放置于模具中，进行冷压成型，得到胚体备用；
步骤三：将上述成型的胚体再进行热压成型，得到致密度大于80％的高致密胚体；
步骤四：将步骤三所得到的高致密胚体放置于模具中，再于一定烧结条件下发泡，发泡结束后冷却，最终得到孔径均匀的泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料。
进一步改进在于，所述步骤一中的Mn-Cu合金颗粒尺寸为10nm-1000um；
所述步骤一中的发泡剂为氯化钠、碳酸盐、金属氢化物中的一种，且发泡剂所占重量比例为1％-90％。
进一步改进在于，所述碳酸盐为碳酸氢铵、碳酸锶、碳酸钡、碳酸钙、碳酸镁或碳酸锂中的一种；所述金属氢化物为氢化钛、氢化锆、氢化镁或氢化钙中的一种。
进一步改进在于，所述步骤二中的冷压压力为100-500MPa。
进一步改进在于，所述步骤三中的热压压力为100-500MPa，热压温度为300-900℃，热压时间为10min-10h。
进一步改进在于，所述步骤四中的烧结条件为烧结温度400-1100℃，烧结时间2min-1h。
进一步改进在于，所述步骤三中的热压以及步骤四中的烧结过程均是在真空或惰性气体保护下进行。
进一步改进在于，所述步骤四中冷却的方式为空冷、水冷、雾冷或风冷。
本发明的有益效果是：
1)本发明公开的轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料克服了传统高阻尼Mn-Cu合金密度大的问题，同时可通过孔隙率及空洞周围的高密度缺陷来有效提高Mn-Cu合金的阻尼性能，拥有更广的应用领域，特别是航空航天等领域发挥其优良的减震降噪作用；
2)本发明公开的制备方法可有效克服常规熔体发泡法等制备泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料时存在的发泡温度高、孔径大小分布不均匀、工艺操作难度大等问题，在较低温度下便可高效制备出孔径可控、孔结构均匀、组件形状可控的轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料；
3)本发明公开的制备方法，其制备过程简单易操作，省时节能，无需昂贵模具成本，适于大规模的工业化生产。
附图说明
图1为粉末冶金法制备泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的流程示意图；
图2为发泡剂为氯化钠所制备泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的断面形貌；
图3为发泡剂为碳酸盐所制备泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的断面形貌。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示和实施例，进一步阐述本发明。
一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料，所述轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料是由金属锰和铜组成的二元合金或添加铁、镍和铝中的一种或多种而形成的多元合金。二元合金或多元合金的密度均低于5g/cm3。
优选的，制得的轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料中含有泡沫孔，且泡沫孔为闭孔或开孔结构。
优选的，所述泡沫孔的孔径为10nm-5000um，孔隙率为20％-98％。
如图1所示，上述轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的采用粉末冶金法制备，具体的步骤为：
步骤一：将Mn-Cu合金颗粒与发泡剂按照一定比例均匀混合，得到粉末备用；
步骤二：将上述混合好的粉末放置于模具中，进行冷压成型，得到胚体备用；
步骤三：将上述成型的胚体再进行热压成型，得到致密度大于80％的高致密胚体；
步骤四：将步骤三所得到的高致密胚体放置于模具中，再于一定烧结条件下发泡，发泡结束后冷却，最终得到孔径均匀的泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料。
优选的，步骤一中的Mn-Cu合金颗粒尺寸为10nm-1000um。
优选的，步骤一中的发泡剂为氯化钠、碳酸盐、金属氢化物中的一种。
优选的，步骤一中的碳酸盐为碳酸氢铵、碳酸锶、碳酸钡、碳酸钙、碳酸镁或碳酸锂中的一种。
优选的，步骤一中的金属氢化物为氢化钛、氢化锆、氢化镁或氢化钙中的一种。
优选的，步骤一中的发泡剂所占重量比例为1％-90％。
优选的，步骤二中的冷压压力为100-500MPa。
优选的，步骤三中的热压压力为100-500MPa，热压温度为300-900℃，热压时间为10min-10h。
优选的，步骤四中的烧结条件为烧结温度400-1100℃，烧结时间2min-1h。
优选的，步骤三中的热压以及步骤四中的烧结过程均是在真空或惰性气体保护下进行。
优选的，步骤四中冷却的方式为空冷、水冷、雾冷或风冷。
下面结合具体实施例说明：
实施例1
选取发泡剂为氯化钠，所制备的泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的断面形貌如图2所示。
实施例2
选取发泡剂为碳酸盐，所制备的泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料的断面形貌如图3所示。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
一种轻质泡沫Mn-Cu合金高阻尼材料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》。
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