CN114226719B - 石墨烯锰铜基阻尼材料粉体、合金阻尼材料、制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯锰铜基阻尼材料粉体、合金阻尼材料、制备方法及应用。该石墨烯锰铜基阻尼材料粉体包括锰铜复合石墨烯粉体、镍粉、锡粉、稀土金属粉体及含硅材料，所述锰铜石墨烯粉体中包括锰粉、铜粉和石墨烯，且所述石墨烯生长于所述铜粉和所述锰粉的混合物上；在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中，所述铜粉的质量占比为18％～38％、所述锰粉的质量占比为59％～79％、所述石墨烯的质量占比为0.05％～3％。该石墨烯锰铜基阻尼材料粉体可进一步制备形成阻尼材料，其中的石墨烯能够起到减少阻尼因子衰减速率、提高力学性能和电学性能的作用。

Description

石墨烯锰铜基阻尼材料粉体、合金阻尼材料、制备方法及应用

技术领域

本发明涉及阻尼材料技术领域，尤其是涉及一种石墨烯锰铜基阻尼材料粉体、合金阻尼材料、制备方法及应用。

背景技术

阻尼材料是能够快速缓冲固体的机械振动、将振动的机械能转变为热能耗散掉的一类材料，阻尼材料多用于振动和噪声控制。例如，导弹、运载火箭和飞机在飞行时，由于发动机工作和气动噪声等原因，会引起严重的宽频带随机振动和噪声环境，还会导致机器结构和电子控制仪器***产生共振，使机器结构出现疲劳失效、动态失稳而加速老化，使电子控制仪器精度降低以至发生故障。目前通常使用的阻尼材料有沥青型阻尼材料，液体阻尼材料，粘弹类阻尼材料，金属类阻尼材料阻尼合金等。金属类阻尼材料，例如阻尼合金，由于兼有优良的阻尼性能和力学性能,因而在航空航天、军事工业、汽车、建筑和海洋工程等方面有着广泛的应用。

材料的阻尼性能可根据它耗散振动机械能的能力来衡量，评价阻尼大小的标准是阻尼系数。传统的合金阻尼材料专注于提高材料的阻尼性能，但是阻尼性能的提高往往伴随着材料其他性能的牺牲。例如，合金阻尼材料在航天、军工、汽车、船舶等的应用上，往往需要材料兼具较好的力学性能和导电性能。

发明内容

基于此，本发明的首要目的在于提供一种石墨烯锰铜基阻尼材料粉体，由该石墨烯锰铜基阻尼材料粉体制备的合金阻尼材料的阻尼性能能够得到显著提高，同时还保持了较好的力学性能和导电性能。

根据本发明的一个实施例，一种石墨烯锰铜基阻尼材料粉体，其包括锰铜复合石墨烯粉体、镍粉、锡粉、稀土金属粉体及含硅材料，所述锰铜石墨烯粉体中包括锰粉、铜粉和石墨烯，且所述石墨烯生长于所述铜粉和所述锰粉的混合物上；在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中，所述铜粉的质量占比为18％～38％、所述锰粉的质量占比为59％～79％、所述石墨烯的质量占比为0.05％～3％。

在其中一个实施例中，所述镍粉在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为1％～5％。

在其中一个实施例中，所述锡粉在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为0.5％～3％。

在其中一个实施例中，所述稀土金属粉体在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为0.5％～1.5％。

在其中一个实施例中，所述含硅材料中的硅元素在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为0.5％～3％。

另一方面，一种石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备方法，其包括如下步骤：

将铜粉和锰粉按照(18～38):(59～79)的比例混合，将得到的混合物加热至700℃～1200℃；

将所述混合物置于甲烷和氢气的混合气体氛围中，在所述铜粉和锰粉上生长石墨烯，以制备锰铜复合石墨烯粉体；

向所述锰铜复合石墨烯粉体中加入镍粉、锡粉、稀土金属粉体和含硅材料，制备所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体；在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中，所述铜粉的质量占比为18％～38％，所述锰粉的质量占比为59％～79％、所述石墨烯的质量占比为0.05％～3％。

在其中一个实施例中，所述反应条件为：所述甲烷的气体流速为1sccm～10sccm；所述氢气的气体流速为40sccm～100sccm，生长所述石墨烯的时间为10min～30min。

再一方面，一种合金阻尼材料，其由根据上述任一实施例所述的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体经合金化处理得到。

在其中一个实施例中，合金化处理所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的方法是压制烧结，所述压制烧结包括如下步骤：

将所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体压制成型，制备毛坯，压制成型时对所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的压力为300MPa～500MPa；

将所述毛坯烧结，使所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的铜粉和锰粉形成锰铜合金。

在其中一个实施例中，烧结所述毛坯的步骤在保护性气体环境下进行，烧结所述毛坯的温度为900℃～1300℃，烧结时间为3h～6h。

再一方面，根据上述任一实施例所述的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体或根据上述任一实施例所述的合金阻尼材料在阻尼器件中的应用。

上述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体具有如下有益效果：

首先，该石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中具有特定的铜粉和锰粉的质量占比，其可进一步制备成为具有该质量含量的合金阻尼材料，该合金阻尼材料中包括特定质量占比的铜粉、锰粉、镍粉、锡粉、稀土金属粉体及含硅材料，并且在其中的铜粉和锰粉上原位生长了特定质量占比的石墨烯，实质上使得石墨烯均匀分散在锰粉和铜粉中。在后续制备为锰铜基合金的过程中，该石墨烯会原位包覆于锰铜表面中，能够起到减少阻尼因子衰减速率、提高力学性能和电学性能的作用。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本文所使用的“多”表示两个或两个以上项目的组合。如未明示或本领域技术人员不对此具有通常理解，应认为本申请中的占比或浓度等概念为质量占比或质量浓度。

在航天、军工、汽车、船舶等领域，往往不仅仅需求阻尼材料具有较好的阻尼性能，对阻尼材料的力学性能和导电性能同样也提出了一定的需求。传统的阻尼合金通常专注于提高阻尼性能而牺牲材料的其他物理性能，反过来说，又会因为提高材料的其他物理性能而影响阻尼性能的提高。本发明在研究如何提高阻尼材料力学性能和导电性能时，发现了一种能够用于制备阻尼材料的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体，由其制备的阻尼材料能够在基本不影响阻尼合金的阻尼性能的前提下，提高阻尼材料的力学性能和导电性能。

为了便于理解本发明，下文将结合该石墨烯锰铜基阻尼材料粉体及其具体用途和用法以阐述如何实施该石墨烯锰铜基阻尼材料粉体。

本发明的一个实施例提供了一种石墨烯锰铜基阻尼材料粉体，其包括锰铜复合石墨烯粉体、镍粉、锡粉、稀土金属粉体及含硅材料，所述锰铜石墨烯粉体中包括锰粉、铜粉和石墨烯，且所述石墨烯生长于所述铜粉和所述锰粉的混合物上；在石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中，铜粉的质量占比为18％～38％、锰粉的质量占比为59％～79％、石墨烯的质量占比为0.05％～3％。

在其中一个具体示例中，铜粉的原料可以是雾化铜粉，锰粉的原料可以是雾化锰粉。以雾化铜粉举例，其通常由电解铜进一步加工而成，呈浅瑰红树枝状、不规则状、类球形或球形状粉末。

石墨烯可通过化学气相沉积法生长于某些金属催化剂表面。可选地，例如，在甲烷和氢气的混合气体下，加热金属催化剂，分解的碳原子能够基于金属催化剂表面生长，形成石墨烯，由此形成的石墨烯与金属催化剂之间在连接处存在键合。生长于铜粉和锰粉表面的石墨烯包覆于作为催化剂的铜粉颗粒和锰粉表面。

可以理解地，在本实施例中，石墨烯可以是部分包覆于铜粉颗粒表面，也可以全包覆于铜粉颗粒表面。较为优选地，片层状的石墨烯材料全包覆于铜粉颗粒表面。

在其中一个具体示例中，铜粉的D50粒径为6um-60um；锰粉的D50粒径为4um～80um。

在其中一个具体示例中，镍粉在石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为1％～5％。可选地，镍粉在石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为1％、2％、3％、4％或5％。

在其中一个具体示例中，锡粉在石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为0.5％～3％。可选地，锡粉在石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为0.5％、1％、2％、2.5％或3％。

在其中一个具体示例中，稀土金属粉体在石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为0.5％～1.5％。稀土金属粉体，可选自例如：镧、铈、镨、钕、钆、铒和钇中的一种或多种。可选地，稀土金属粉体在石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为0.5％、1％或1.5％。

在其中一个具体示例中，含硅材料中的硅元素在石墨烯锰铜基阻尼材料粉体材料中的质量占比为1％～3％。含硅材料可选自例如：二氧化硅、硅藻土和硅酸盐中的一种或多种。可选地，含硅材料中的硅元素在石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为1％、2％或3％。

进一步地，本发明的一个实施例还提供了一种用于制备上述实施例的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备方法，其包括如下步骤。

将铜粉和锰粉按照(18～38):(59～79)的比例混合，将得到的混合物加热至700℃～1200℃；

将所述混合物置于甲烷和氢气的混合气体氛围中，在所述铜粉和锰粉上生长石墨烯，以制备锰铜复合石墨烯粉体；

向所述锰铜复合石墨烯粉体中加入镍粉、锡粉、稀土金属粉体和含硅材料，制备所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体；在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中，铜粉的质量占比为18％～38％，锰粉的质量占比为59％～79％、石墨烯的质量占比为0.05％～3％。

具体地，在实际操作中，可以进行如下操作：

将铜粉和锰粉的混合物置于反应腔体中；

将反应腔体加热至700℃～1200℃，向反应腔体中通入甲烷和氢气的混合气体，以铜粉和锰粉为催化剂，在铜粉和锰粉上生长石墨烯。

在其中一个具体示例中，反应腔体可以选取化学气相沉积反应炉。

在其中一个具体示例中，在向反应腔体中通入甲烷和氢气的混合气体，还包括抽真空至反应腔体中的气压低于10^-2Pa的操作步骤。

在其中一个具体示例中，在抽真空至反应腔体中的气压低于10^-2Pa的操作步骤之后，还包括充入氩气后抽真空以清洗反应腔体的步骤。具体地，充入的氩气流速为600sccm～1000sccm，抽真空至反应腔体中的气压低于10^-2Pa。进一步地，重复充入氩气后抽真空以清洗反应腔体的步骤多次，以尽可能确保反应腔体中无残留空气。

在其中一个具体示例中，在加热至700℃～1200℃的过程中，还包括向反应腔体中持续通入氩气的步骤。可以理解地，此时应保持多余的氩气自反应腔体中流出。

在其中一个具体示例中，在加热至700℃～1200℃的过程中，升温速率为10℃/min～40℃/min。

在其中一个具体示例中，在加热至700℃～1200℃之后，向反应腔体中通入甲烷和氢气的混合气体。甲烷的气体流速为1sccm～10sccm，氢气的气体流速为40sccm～100sccm。具体地，甲烷的气体流速为1sccm、3sccm、5sccm、7sccm、10sccm，或上述各气体流速之间的范围。氢气的气体流速为40sccm、60sccm、80sccm、100sccm，或上述各气体流速之间的范围。

在其中一个具体示例中，生长石墨烯的时间为10min～30min。

通过综合调节反应腔体的温度、甲烷和氢气的气体流速以及石墨烯的生长时间，可以控制生长所得的石墨烯在混合物中的质量占比，以及石墨烯片层长度等参数。

进一步地，在其中一个具体示例中，石墨烯包覆于作为催化剂的铜粉和锰粉表面。

在其中一个具体示例中，在完成石墨烯生长之后，还包括向所得混合物中加入质量占比为1％～5％的镍粉的步骤。可选地，镍粉在所得混合物中的质量占比为1％、2％、3％、4％或5％。

在其中一个具体示例中，在完成石墨烯生长之后，还包括向所得混合物中加入质量占比为0.5％～3％的锡粉的步骤。可选地，锡粉在所得混合物中的质量占比为0.5％、1％、2％、2.5％或3％。

在其中一个具体示例中，在完成石墨烯生长之后，还包括向所得混合物中加入质量占比为0.5％～1.5％的稀土金属粉体的步骤。稀土金属粉体，可选自例如：镧、铈、镨、钕、钆、铒和钇中的一种或多种。可选地，稀土金属粉体在石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为0.5％、1％或1.5％。

在其中一个具体示例中，还包括含硅材料，含硅材料中的硅元素在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体材料中的质量占比为0.5％～3％。含硅材料可选自例如：二氧化硅、硅藻土和硅酸盐中的一种或多种。可选地，含硅材料中的硅元素在石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为1％、2％或3％。

可以理解地，上述各掺杂材料加入所得混合物中之后，会引起其他组分的质量占比发生些许变化。但对于整体混合物来说，上述各组分应当落入其相应的质量占比范围内。

由上述各实施例的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体或上述实施例石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备方法制备的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体可以进一步制备成为一种锰铜基合金材料。

在本发明的一个实施例中，该锰铜基合金材料的制备方法包括如下步骤：

按照上述实施例所述的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体材料备料，具体地可以按照上述实施例所述的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体材料的制备方法进行制备；

将石墨烯锰铜基阻尼材料粉体材料压制成型，制备毛坯，压制成型时对石墨烯锰铜基阻尼材料粉体材料的压力为300MPa～500MPa。

将毛坯烧结，使石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的铜粉和锰粉形成锰铜合金。

在其中一个具体示例中，将石墨烯锰铜基阻尼材料粉体材料在模具中压制成型。可选地，该模具可以根据实际需求制备成为各种形状，例如：薄膜状、方形或是其他不规则形状。在压制成型之前，先将石墨烯锰铜基阻尼材料粉体材料充分振荡或搅拌，以使其混合均匀。

烧结毛坯的目的在于加速石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的各原子扩散，使其中的铜粉和锰粉进行晶格重构，形成锰铜合金。同时，若石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中还包括其他材料，则烧结毛坯的过程还能够同时使其他材料的元素掺杂入锰铜合金的晶格中，构成锰铜基合金。

在其中一个具体示例中，烧结毛坯的步骤在保护性气体环境下进行，以保护毛坯中的金属材料中不被氧化而变质。

在其中一个具体示例中，烧结毛坯的步骤在烧结炉中进行。在烧结过程中持续向烧结炉中通入500sccm～1000sccm的保护性气体，例如氩气。

在其中一个具体示例中，烧结毛坯的温度为900℃～1300℃，烧结时间为3h～6h。进一步地，升温速率为8℃/min～20℃/min。

完成烧结毛坯的步骤后，可以使其自然冷却后取出。

另外，传统的阻尼合金通常通过石墨坩埚炉和炼钢炉联合熔炼法、感应熔炼法两种方法进行制备，这些方法存在锰元素氧化和材料挥发损耗严重的缺点。上述锰铜基合金材料的制备采用粉末冶金的制备方法，能够有效避免合金氧化、避免金属挥发损耗、耗材少、对环境污染小。

由本发明的上述实施例的锰铜基合金材料的制备方法可以制备如下实施例的锰铜基合金材料。

该锰铜基合金材料包括：

基体材料，该基体材料是锰铜合金；

增强材料，该增强材料设置于基体材料中，增强材料是生长于锰铜合金上的石墨烯；

在锰铜基合金材料中，铜的质量占比为18％～38％，锰的质量占比为59％～79％，所述石墨烯的质量占比为0.05％～3％。

可以理解的是，铜元素和锰元素是锰铜合金中的基本元素，二者的相对比例对于合金性能来说存在重要影响。当锰含量较高时，合金具有较高的阻尼性能，但是随着锰含量增高的同时，合金的工艺性能变坏。

该锰铜基合金材料中以锰铜合金为基材，在锰铜合金中嵌入了原位生长于锰铜合金表面的石墨烯增强材料。该石墨烯增强材料与锰铜合金之间实现原子间的连接，因而片层状的石墨烯材料能够呈薄膜状嵌于石墨烯增强材料中，并且石墨烯材料的质量占比较低，因而，石墨烯增强材料的引入不会显著改变锰铜合金的阻尼性能。同时，实验证明，如此设置的增强体石墨烯材料能够有效提升复合材料的机械性能和导电性能。

在其中一个具体示例中，还包括嵌于基体材料晶格中的掺杂元素，掺杂元素选自镍元素、锡元素、硅元素和稀土金属元素中的一种或多种。

同时，传统的阻尼材料中还存在如下问题。例如，传统的锰铜基阻尼材料在使用一段时间后阻尼性能会下降，需要重新进行热处理才能使阻尼性能恢复，这给材料使用带来诸多不便。在该实施例的一个具体示例中，可以通过掺杂入适量的稀土金属元素，以使得阻尼材料的阻尼性能可以长期稳定。

其中，镍元素的引入可以通过在锰铜基合金材料的制备过程中，或者是在制备完成的锰铜基合金材料中加入金属镍，例如镍粉，然后进行高温退火处理得到。锡元素的引入可以通过在锰铜基合金材料的制备过程中，或者是在制备完成的锰铜基合金材料中加入金属锡，例如锡粉，然后进行高温退火处理得到。稀土金属元素的引入也可以通过在锰铜基合金材料的制备过程中，或者是在制备完成的锰铜基合金材料中加入稀土金属然后进行高温退火处理得到。硅元素的引入可以通过在锰铜基合金材料的制备过程中，或者是在制备完成的锰铜基合金材料中加入含硅材料然后进行高温退火处理得到。

进一步地，在锰铜基合金材料中，镍元素的质量占比为1％～5％，锡元素在所述基体材料中的质量占比为0.5％～3％，硅元素在所述基体材料中的质量占比为0.5％～1.5％，稀土金属元素的质量占比为0.5％～3％。

上述各掺杂元素的作用如下：

镍元素引入锰铜合金的晶格中，能够在不降低断后伸长率的条件下，增加材料的抗拉强度。

锡元素引入锰铜合金的晶格中，可提高过饱和固溶体的晶格畸变度，促进调幅分解。并且，还可以降低共格应变能，提高调幅分解的成分调制程度，以提高合金的阻尼性能。

硅元素能够降低锰铜合金中的层错能以增加层错面，层错面能够作为阻尼源。因而硅元素的引入能够进一步增加合金的阻尼性能。

稀土元素的引入能够改变合金中孪晶界和反铁磁性的特性，因而能够起到抑制合金阻尼性能时效衰减效应的作用。

为了更易于理解及实现本发明，以下还提供了如下较易实施的、更为具体详细的试验例及对比例作为参考。通过下述具体试验例和对比例的描述及性能结果，本发明的各实施例及其优点也将显而易见。在以下各试验例与对比例中，

如无特殊说明，以下各实施例和对比例所用的原材料皆可从市场上常规购得。

实施例1

石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备：将雾化铜粉和雾化锰粉分别置于瓷舟中，放入化学气相沉积反应炉内。将反应炉抽真空直到气压低于10^-2Pa，再充入氩气到至一个大气压，再抽真空，反复三次，其中氩气流速为800sccm。最终充入氩气至一个大气压后持续通入氩气，升温至1000℃，升温速率为20℃/min。升温完成后，停止通入氩气。向反应炉中持续通入甲烷和氢气的混合气，甲烷的流速为6sccm，氢气的流速为80sccm，生长时间为15min。生长完成后断开甲烷和氢气，持续通入氩气降温至常温。完成石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备。

锰铜基合金材料的制备：将石墨烯锰铜基阻尼材料粉体与镍粉、锡粉、钇粉和二氧化硅粉末放到模具中混合均匀，在400MPa的压力下压制成型，制成毛坯。将毛坯放入烧结炉，通入流速为800sccm的氩气，以15℃/min的升温速率将烧结炉温度升至1200℃，对模具进行高温煅烧，高温煅烧时间为5h，完成后使烧结炉自然冷却至室温。

根据石墨烯生长前后的及各材料称量所得的质量，在该复合材料中，铜的质量为25g，锰的质量为65g，石墨烯的质量为0.5g，镍的质量占比为4g，锡的质量为2.5g，二氧化硅的质量为2g，稀土元素的质量为1g。

实施例2

石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备：将雾化铜粉和雾化锰粉分别置于瓷舟中，放入化学气相沉积反应炉内。将反应炉抽真空直到气压低于10^-2Pa，再充入氩气到至一个大气压，再抽真空，反复三次，其中氩气流速为800sccm。最终充入氩气至一个大气压后持续通入氩气，升温至700℃，升温速率为10℃/min。升温完成后，停止通入氩气。向反应炉中持续通入甲烷和氢气的混合气，甲烷的流速为1sccm，氢气的流速为40sccm，生长时间为20min。生长完成后断开甲烷和氢气，持续通入氩气降温至常温。完成石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备。

锰铜基合金材料的制备：将石墨烯锰铜基阻尼材料粉体与镍粉、锡粉、钇粉和二氧化硅粉末放到模具中混合均匀，在300MPa的压力下压制成型，制成毛坯。将毛坯放入烧结炉，通入流速为800sccm的氩气，以20℃/min的升温速率将烧结炉温度升至1300℃，对模具进行高温煅烧，高温煅烧时间为3h，完成后使烧结炉自然冷却至室温。

根据石墨烯生长前后的及各材料称量所得的质量，在该复合材料中，铜的质量为25g，锰的质量为65g，石墨烯的质量为0.2g，镍的质量占比为4g，锡的质量为2.5g，二氧化硅的质量为2g，稀土元素的质量为1g。

实施例3

石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备：将雾化铜粉和雾化锰粉分别置于瓷舟中，放入化学气相沉积反应炉内。将反应炉抽真空直到气压低于10^-2Pa，再充入氩气到至一个大气压，再抽真空，反复三次，其中氩气流速为1000sccm。最终充入氩气至一个大气压后持续通入氩气，升温至1200℃，升温速率为40℃/min。升温完成后，停止通入氩气。向反应炉中持续通入甲烷和氢气的混合气，甲烷的流速为10sccm，氢气的流速为100sccm，生长时间为10min。生长完成后断开甲烷和氢气，持续通入氩气降温至常温。完成石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备。

锰铜基合金材料的制备：将石墨烯锰铜基阻尼材料粉体与镍粉、锡粉、钇粉和二氧化硅粉末放到模具中混合均匀，在300MPa的压力下压制成型，制成毛坯。将毛坯放入烧结炉，通入流速为800sccm的氩气，以8℃/min的升温速率将烧结炉温度升至900℃，对模具进行高温煅烧，高温煅烧时间为6h，完成后使烧结炉自然冷却至室温。

根据石墨烯生长前后的及各材料称量所得的质量，在该复合材料中，铜的质量为25g，锰的质量为65g，石墨烯的质量为3g，镍的质量占比为4g，锡的质量为2.5g，二氧化硅的质量为2g，稀土元素的质量为1g。

对比例1

锰铜基合金材料的制备：将锰粉、铜粉、镍粉、锡粉、钇粉和二氧化硅粉末放到模具中混合均匀，在400MPa的压力下压制成型，制成毛坯。将毛坯放入烧结炉，通入流速为800sccm的氩气，以15℃/min的升温速率将烧结炉温度升至1200℃，对模具进行高温煅烧，高温煅烧时间为5h，完成后使烧结炉自然冷却至室温。

根据各材料称量所得的质量，在该复合材料中，铜的质量为25g，锰的质量为65g，镍的质量占比为4g，锡的质量为2.5g，二氧化硅的质量为2g，稀土元素的质量为1g。

对比例2

锰铜基合金材料的制备：将锰粉、铜粉、石墨烯粉、镍粉、锡粉、钇粉和二氧化硅粉末放到模具中混合均匀，在400MPa的压力下压制成型，制成毛坯。将毛坯放入烧结炉，通入流速为800sccm的氩气，以15℃/min的升温速率将烧结炉温度升至1200℃，对模具进行高温煅烧，高温煅烧时间为5h，完成后使烧结炉自然冷却至室温。石墨烯粉为市售的石墨烯粉状材料。

根据各材料称量所得的质量，在该复合材料中，铜的质量为25g，锰的质量为65g，石墨烯的质量为0.5g，镍的质量占比为4g，锡的质量为2.5g，二氧化硅的质量为2g，稀土元素的质量为1g。

对比例3

石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备：将雾化铜粉和雾化锰粉分别置于瓷舟中，放入化学气相沉积反应炉内。将反应炉抽真空直到气压低于10^-2Pa，再充入氩气到至一个大气压，再抽真空，反复三次，其中氩气流速为800sccm。最终充入氩气至一个大气压后持续通入氩气，升温至1000℃，升温速率为20℃/min。升温完成后，停止通入氩气。向反应炉中持续通入甲烷和氢气的混合气，甲烷的流速为6sccm，氢气的流速为80sccm，生长时间为15min。生长完成后断开甲烷和氢气，持续通入氩气降温至常温。完成石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备。

锰铜基合金材料的制备：将石墨烯锰铜基阻尼材料粉体、镍粉、锡粉和二氧化硅粉末放到模具中混合均匀，在400MPa的压力下压制成型，制成毛坯。将毛坯放入烧结炉，通入流速为800sccm的氩气，以15℃/min的升温速率将烧结炉温度升至1200℃，对模具进行高温煅烧，高温煅烧时间为5h，完成后使烧结炉自然冷却至室温。

根据石墨烯生长前后的及各材料称量所得的质量，在该复合材料中，铜的质量为25g，锰的质量为65g，石墨烯的质量为0.5g，镍的质量为4g，锡的质量为2.5g，二氧化硅的质量为2g。

对比例4

石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备：将雾化铜粉和雾化锰粉分别置于瓷舟中，放入化学气相沉积反应炉内。将反应炉抽真空直到气压低于10^-2Pa，再充入氩气到至一个大气压，再抽真空，反复三次，其中氩气流速为800sccm。最终充入氩气至一个大气压后持续通入氩气，升温至1000℃，升温速率为20℃/min。升温完成后，停止通入氩气。向反应炉中持续通入甲烷和氢气的混合气，甲烷的流速为6sccm，氢气的流速为80sccm，生长时间为15min。生长完成后断开甲烷和氢气，持续通入氩气降温至常温。完成石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备。

锰铜基合金材料的制备：将石墨烯锰铜基阻尼材料粉体、锡粉和二氧化硅粉末放到模具中混合均匀，在400MPa的压力下压制成型，制成毛坯。将毛坯放入烧结炉，通入流速为800sccm的氩气，以15℃/min的升温速率将烧结炉温度升至1200℃，对模具进行高温煅烧，高温煅烧时间为5h，完成后使烧结炉自然冷却至室温。

根据石墨烯生长前后的及各材料称量所得的质量，在该复合材料中，铜的质量为25g，锰的质量为65g，石墨烯的质量为0.5g，锡的质量为2.5g，二氧化硅的质量为2g，稀土元素的质量为1g。

对比例5

石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备：将雾化铜粉和雾化锰粉分别置于瓷舟中，放入化学气相沉积反应炉内。将反应炉抽真空直到气压低于10^-2Pa，再充入氩气到至一个大气压，再抽真空，反复三次，其中氩气流速为800sccm。最终充入氩气至一个大气压后持续通入氩气，升温至1000℃，升温速率为20℃/min。升温完成后，停止通入氩气。向反应炉中持续通入甲烷和氢气的混合气，甲烷的流速为6sccm，氢气的流速为80sccm，生长时间为15min。生长完成后断开甲烷和氢气，持续通入氩气降温至常温。完成石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备。

锰铜基合金材料的制备：将石墨烯锰铜基阻尼材料粉体与镍粉、锡粉和二氧化硅粉末放到模具中混合均匀，在400MPa的压力下压制成型，制成毛坯。将毛坯放入烧结炉，通入流速为800sccm的氩气，以15℃/min的升温速率将烧结炉温度升至1200℃，对模具进行高温煅烧，高温煅烧时间为5h，完成后使烧结炉自然冷却至室温。

根据石墨烯生长前后的及各材料称量所得的质量，在该复合材料中，铜的质量为25g，锰的质量为65g，石墨烯的质量为0.5g，镍的质量占比为4g，二氧化硅的质量为2g，稀土元素的质量为1g。

对比例6

石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备：将雾化铜粉和雾化锰粉分别置于瓷舟中，放入化学气相沉积反应炉内。将反应炉抽真空直到气压低于10^-2Pa，再充入氩气到至一个大气压，再抽真空，反复三次，其中氩气流速为800sccm。最终充入氩气至一个大气压后持续通入氩气，升温至1000℃，升温速率为20℃/min。升温完成后，停止通入氩气。向反应炉中持续通入甲烷和氢气的混合气，甲烷的流速为6sccm，氢气的流速为80sccm，生长时间为15min。生长完成后断开甲烷和氢气，持续通入氩气降温至常温。完成石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备。

锰铜基合金材料的制备：将石墨烯锰铜基阻尼材料粉体与镍粉、锡粉和二氧化硅粉末放到模具中混合均匀，在400MPa的压力下压制成型，制成毛坯。将毛坯放入烧结炉，通入流速为800sccm的氩气，以15℃/min的升温速率将烧结炉温度升至1200℃，对模具进行高温煅烧，高温煅烧时间为5h，完成后使烧结炉自然冷却至室温。

根据石墨烯生长前后的及各材料称量所得的质量，在该复合材料中，铜的质量为25g，锰的质量为65g，石墨烯的质量为0.5g，镍的质量占比为4g，锡的质量为2.5g，稀土元素的质量为1g。

实验例：

测试上述各实施例和对比例的阻尼性能，阻尼性能按国家标准一GB/T18258-2000阻尼材料阻尼性能测试方法进行测试，采用自支撑阻尼材料均质单板试样作为测试样品。

测试上述各实施例和对比例的力学性能，力学性能按照GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第一部分室温试验方法进行测试，在室温和常压下测量其抗张强度。

测试上述各实施例和对比例室温下的导电性能，按照通常的计算方法计算其电阻率。

对于阻尼性能、力学性能和导电性能的测试结果如表1。

表1

由实施例1与对比例1可知，石墨烯的加入能够在基本不改变损耗因子的前提下，有效提高复合材料的抗拉强度和电阻率。并且，石墨烯的引入还使得损耗因子的衰减率显著降低，这意味着该复合材料阻尼性能的长期稳定性得到有效提高。由实施例1与实施例3可知，石墨烯的过多加入反而会导致抗拉强度的下降、损耗因子的加速衰减。由实施例1与对比例2可知，未在锰粉与铜粉表面原位生长的石墨烯会导致复合材料的阻尼性能显著降低，同时还会导致复合材料加速老化，这可能是由于粉体石墨烯无法均匀嵌入锰铜合金中，增加了复合材料内的缺陷。由实施例1和对比例3可知，稀土金属的引入使得损耗因子的衰减率显著降低。并且，进一步相较于对比例1和对比例2，可以发现原位生长的石墨烯和稀土金属之间存在协同作用，同时采用了原位生长石墨烯和稀土金属的实施例1中，损耗因子的衰减率明显更低，说明复合材料阻尼性能的长期稳定性得到进一步的提高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种较佳的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种石墨烯锰铜基阻尼材料粉体，其特征在于，包括锰铜复合石墨烯粉体、镍粉、锡粉、稀土金属粉体及含硅材料，所述锰铜复合石墨烯粉体中包括锰粉、铜粉和石墨烯，且所述石墨烯生长于所述铜粉和所述锰粉的混合物上；在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中，所述铜粉的质量占比为18%~38%、所述锰粉的质量占比为59%~79%、所述石墨烯的质量占比为0.05%~3%。

2.根据权利要求1所述的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体，其特征在于，所述镍粉在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为1%~5%。

3.根据权利要求1所述的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体，其特征在于，所述锡粉在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为0.5%~3%。

4.根据权利要求1所述的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体，其特征在于，所述稀土金属粉体在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为0.5%~1.5%。

5.根据权利要求1~4任一项所述的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体，其特征在于，所述含硅材料中的硅元素在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的质量占比为0.5%~3%。

6.一种石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将铜粉和锰粉按照（18~38）:（59~79）的比例混合，将得到的混合物加热至700℃~1200℃；

将所述混合物置于甲烷和氢气的混合气体氛围中，在所述铜粉和锰粉上生长石墨烯，以制备锰铜复合石墨烯粉体；

向所述锰铜复合石墨烯粉体中加入镍粉、锡粉、稀土金属粉体和含硅材料，制备所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体；在所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中，所述铜粉的质量占比为18%~38%，所述锰粉的质量占比为59%~79%、所述石墨烯的质量占比为0.05%~3%。

7.根据权利要求6所述的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的制备方法，其特征在于，在所述铜粉和锰粉上生长石墨烯的反应条件为：所述甲烷的气体流速为1sccm~10sccm；所述氢气的气体流速为40sccm~100sccm，生长所述石墨烯的时间为10min~30min。

8.一种合金阻尼材料，其特征在于，由根据权利要求1~5任一项所述的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体经合金化处理得到。

9.根据权利要求8所述的合金阻尼材料，其特征在于，合金化处理所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的方法是压制烧结，所述压制烧结包括如下步骤：

将所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体压制成型，制备毛坯，压制成型时对所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体的压力为300MPa~500MPa；

将所述毛坯烧结，使所述石墨烯锰铜基阻尼材料粉体中的铜粉和锰粉形成锰铜合金。

10.根据权利要求9所述的合金阻尼材料，其特征在于，烧结所述毛坯的步骤在保护性气体环境下进行，烧结所述毛坯的温度为900℃~1300℃，烧结时间为3h~6h。

11.根据权利要求1~5任一项所述的石墨烯锰铜基阻尼材料粉体或根据权利要求8~10任一项所述的合金阻尼材料在阻尼器件中的应用。