CN103103589B - 一种锰铜合金材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锰铜合金材料的制备方法，该方法缩短了工艺流程，提高了工作效率，大大降低了能耗。本发明的锰铜合金材料的制备方法，其主要是利用电沉积的方法在不锈钢表面分别制备高纯铜和高纯锰，再在氩气保护条件下于管式炉中进行热处理后，制得均匀的锰铜合金材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金材料的制备方法，更具体地说涉及一种锰铜合金材料的制备方法，属于材料表面处理领域。
背景技术
随着工业的不断发展，振动和噪声问题日益突出不仅影响机械和军事设备的安全性和使用寿命，而且对人们的身心健康有很大危害。减振降噪成为迫切需要解决的问题，当前解决减振降噪问题的最重要且有效的手段是采用高阻尼合金。锰铜合金中大量弹性孪晶在外力作用下的弛豫运动导致能量耗散，因此锰铜合金具有比较理想的阻尼性能，作为减振降噪材料已经成功运用在潜艇和舰船上。然而锰铜合金传统制备都需要经过球磨混合，熔铸，固溶，淬火，时效处理等一系列工序。此工艺生产周期长，需要消耗大量能源而且在球磨混合过程中容易引入杂质，从而降低材料的使用性能。因此开发一种工艺简单，能源消耗低的新型锰铜合金制备方法成为当前研究的热点和解决现有技术不足的有效手段。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题与不足，提供一种锰铜合金材料的制备方法。该方法缩短了工艺流程，提高了工作效率，大大降低了能耗。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的锰铜合金材料的制备方法，其主要是利用电沉积的方法在不锈钢表面分别制备高纯铜和高纯锰，再在氩气保护条件下于管式炉中进行热处理后，制得均匀的锰铜合金材料。
本发明的锰铜合金材料的制备方法，其进一步的技术方案是包括以下步骤：利用电沉积的方法在经过预处理的不锈钢基体上电镀高纯铜；再利用电沉积的方法在打磨光亮的高纯铜表面电镀高纯锰；将制备好的材料从不锈钢基体剥离，放入氩气气氛保护的管式炉中进行热处理；最后取出将表面打磨制得锰铜合金材料。
本发明的锰铜合金材料的制备方法，其更进一步的技术方案是所述的利用电沉积的方法在不锈钢基体上电镀高纯铜的条件为：采用99.99％的高纯铜做阳极，待用不锈钢基体做阴极，电流密度4～8A/dm2，电解时间4～8小时，电解温度20～40℃阴极处获得高纯铜材料。
本发明的锰铜合金材料的制备方法，其更进一步的技术方案还可以是所述的利用电沉积的方法在打磨光亮的高纯铜表面电镀高纯锰的条件为：采用石墨做阳极，镀覆纯铜的不锈钢基体做阴极，控制电流密度14～18A/dm2，电解时间15～30分钟，电解温度30～50℃在高纯铜表面电沉积高纯锰。
本发明的锰铜合金材料的制备方法，其更进一步的技术方案还可以是所述的热处理步骤为：将电镀层金属从不锈钢基体剥下后放入管式气氛炉，预先通1小时氩气置换出体系中的空气后以5℃/min的升温速度升温，热处理温度600～900℃，保温4～12小时后降温至室温，整个过程中维持氩气流量80mL/min。
本发明的锰铜合金材料的制备方法，其更进一步的技术方案还可以是所述的预处理的不锈钢基体其预处理的方法包括以下步骤：
(1)不锈钢基体的打磨前处理：将不锈钢基体分别用320目、500目、1000目金像砂纸依次打磨抛光直至表面光亮无划痕；
(2)不锈钢基体的除油处理：对打磨抛光的不锈钢基体进行电解除油处理，除油电解液配方：NaOH10g/L，Na2CO335g/L，NaPO340g/L，电解温度65℃；阳极为普通不锈钢片，阴极为待用304不锈钢，电流密度6A/dm2，电解6min后交换正负极继续电解1min；
(3)酸洗活化处理：对除油处理后的不锈钢进行酸洗活化，酸洗液配方为30g/L HCl溶液。
本发明的有益效果是：
本发明经过热处理制得的锰铜合金为均匀的fcc结构单相γ，存在(111)，(200)，(220)等晶面衍射峰，其中(111)晶面具有较强的择优取向；锰含量为10％～20％；晶粒尺寸在50～100μm之间；维氏硬度为100～300HV。
本发明的方法取消了球磨混合金属粉末的过程，解决了合金材料的纯度问题，从而避免了混合过程中各种杂质粉末颗粒掺杂而引起的晶体结构缺陷和力学性能的降低。本发明采用的一步热处理制得合金材料，缩短了工艺流程，提高了工作效率，大大降低了能耗。锰原子通过扩散进入铜晶格，打破铜原子有序排列，造成晶格畸变和晶粒滑移。此外，在周期应力作用下，大量孪晶界面将发生重新排列，同时晶界的非可逆运动产生非弹性应变，从而耗散外界振动能，增强了材料的阻尼性能。
附图说明
图1为热处理装置图，图中1：液封装置，2：温度显示面板，3：热处理式样，4：电流表，5：电压表，6：电源开关；
图2为实施例1中850℃热处理4h制备的锰铜合金材料X射线衍射图谱以及铜、锰标准卡片图谱；
图3为实施例2中650℃热处理8h制备的锰铜合金材料的金相图片，腐蚀液组成为：3g三氯化铁+2mL浓盐酸+96mL乙醇溶液；
图4为实施例4中750℃热处理6h制备的锰铜合金材料的扫描电镜图片；
图5为实施例1中850℃热处理4h制备的锰铜合金材料的能谱图；
图6为实施例1中850℃热处理4h制得的锰铜合金材料以及普通纯铜材料内耗-频率图，测试过程中振幅固定为100×10-6。
具体实施方式
本发明的制备方法中采用以下方法进行处理：
(1)不锈钢基体的打磨前处理：将不锈钢基体分别用320目、500目、1000目金像砂纸依次打磨抛光直至表面光亮无划痕。
(2)不锈钢基体的除油处理：对不锈钢基体材料进行电解除油处理，除油电解液配方：NaOH10g/L，Na2CO335g/L，NaPO340g/L，电解温度65℃。阳极为普通不锈钢片，阴极为待用304不锈钢，电流密度6A/dm2，电解6min后交换正负极继续电解1min。
(3)酸洗活化处理：对除油处理后的不锈钢进行酸洗活化，酸洗液配方为30g/L HCl溶液。
(4)电镀高纯纯铜：纯铜电极为阳极，待用不锈钢片做阴极，阴极带电入槽电镀，控制电流密度4～8A/dm2，保持电解温度20～40℃，电解4～8小时后取出，用蒸馏水清洗干净，电吹风吹干后称重。
(5)电镀纯锰：石墨做阳极，镀覆纯铜的不锈钢基体做阴极，控制电流密度14～18A/dm2，保持电解温度30～50℃，电解15～30min后取出，用蒸馏水清洗干净，电吹风吹干后称重。
(6)热处理：将电镀层金属从不锈钢基体剥下放入管式气氛炉，预先通1小时氩气置换出体系中的空气后以5℃/min的升温速度升温，热处理温度600～900℃，保温4～12小时后缓慢降温至室温。整个过程中维持氩气流量80mL/min。
(7)后处理：将热处理后的锰铜合金依次用320目，500目，1000目的砂纸打磨抛光至镜面光亮。
(8)利用D/max-RC转靶X射线衍射仪测试锰铜合金晶体结构。
(9)利用MR2000型金相显微镜观察合金显微组织，测量晶粒尺寸。
(10)利用JSM-5900型扫描电子显微镜观察样品表面形貌。
(11)利用能谱仪分别进行测定锰铜合中锰、铜含量。
(12)利用HV-1000型显微硬度计测定制备的合金的硬度。
(13)采用LMA-1型低频力学谱仪测试阻尼性能，在强迫振动模式下测试阻尼性能随频率变化曲线，频率范围为0.03～8.403Hz。
实施例1
不锈钢基体打磨抛光后碱洗除油酸洗活化，电流密度6～8A/dm2电沉积铜7～8小时，电流密度14～16A/dm2电沉积锰30分钟，850℃热处理5小时。锰含量为17.78％铜含量为82.22％；晶粒尺寸50.36μm，显微硬度为217.33HV。
实施例2
不锈钢基体打磨抛光后碱洗除油酸洗活化，电流密度5～6A/dm2电沉积铜4～5小时；电流密度16～18A/dm2电沉积锰15分钟，600℃热处理8时。锰含量为18.07％铜含量为81.93％；晶粒尺寸73.65μm，显微硬度为243.10HV。
实施例3
不锈钢基体打磨抛光后碱洗除油酸洗活化，电流密度4～5A/dm2电沉积铜6～7小时，电流密度14～16A/dm2电沉积锰30分钟，750℃热处理10小时。锰含量为18.11％铜含量为81.89％；晶粒尺寸54.72μm，显微硬度为191.22HV。
实施例4
不锈钢基体打磨抛光后碱洗除油酸洗活化，电流密度4～6A/dm2电沉积铜5～6小时，电流密度16～18A/dm2电沉积锰20分钟，850℃热处理9小时。锰含量为18.09％铜含量为81.91％；晶粒尺寸53.97μm，显微硬度为205.17HV。
实施例5
不锈钢基体打磨抛光后碱洗除油酸洗活化，电流密度6～8A/dm2电沉积铜5～6小时，电流密度16～18A/dm2电沉积锰20分钟，850℃热处理6小时。锰含量为17.90％铜含量为82.10％；晶粒尺寸68.25μm，显微硬度为184.76HV。
Claims (4)
1.一种锰铜合金材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：利用电沉积的方法在经过预处理的不锈钢基体上电镀高纯铜；再利用电沉积的方法在打磨光亮的高纯铜表面电镀高纯锰；将制备好的材料从不锈钢基体剥离，放入氩气气氛保护的管式炉中进行热处理，其中所述的热处理温度600～900℃，保温4～12小时；最后取出将表面打磨制得锰铜合金材料；所述的利用电沉积的方法在打磨光亮的高纯铜表面电镀高纯锰的条件为：采用石墨做阳极，镀覆纯铜的不锈钢基体做阴极，控制电流密度14～18A/dm2，电解时间15～30分钟，电解温度30～50℃在高纯铜表面电沉积高纯锰。
2.根据权利要求1所述的锰铜合金材料的制备方法，其特征在于所述的利用电沉积的方法在不锈钢基体上电镀高纯铜的条件为：采用99.99％的高纯铜做阳极，待用不锈钢基体做阴极，电流密度4～8A/dm2，电解时间4～8小时，电解温度20～40℃阴极处获得高纯铜材料。
3.根据权利要求1所述的锰铜合金材料的制备方法，其特征在于所述的热处理步骤为：将电镀层金属从不锈钢基体剥下后放入管式气氛炉，预先通1小时氩气置换出体系中的空气后以5℃/min的升温速度升温并保温后降温至室温，整个过程中维持氩气流量80mL/min。
4.根据权利要求1所述的锰铜合金材料的制备方法，其特征在于所述的预处理的不锈钢基体其预处理的方法包括以下步骤：
(1)不锈钢基体的打磨前处理：将不锈钢基体分别用320目、500目、1000目金相砂纸依次打磨抛光直至表面光亮无划痕；
(2)不锈钢基体的除油处理：对打磨抛光的不锈钢基体进行电解除油处理，除油电解液配方：NaOH10g/L，Na2CO335g/L，NaPO340g/L，电解温度65℃；阳极为普通不锈钢片，阴极为待用304不锈钢，电流密度6A/dm2，电解6min后交换正负极继续电解1min；
(3)酸洗活化处理：对除油处理后的不锈钢进行酸洗活化，酸洗液配方为30g/L HCl溶液。
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2013
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