本發(fā)明涉及一種氣氛燒結(jié)多孔結(jié)構(gòu)錳銅高阻尼合金的方法。它是通過以碳酸鎳做為鎳元素供體，利用碳酸鎳的熱解特性及其分解產(chǎn)物改善燒結(jié)工藝過程，實現(xiàn)大尺寸規(guī)格材料均勻燒結(jié)目的。技術(shù)背景本發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域的阻尼材料。錳銅合金作為孿晶型阻尼材料的代表，已被廣泛使用在生活生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。錳銅阻尼合金材料具有γ相組織的錳銅合金的反鐵磁轉(zhuǎn)變，形成點陣畸變，觸發(fā)微孿晶，若點陣畸變誘發(fā)了馬氏體相變，則將形成馬氏體孿晶，母相與熱彈性馬氏體相界面的移動和熱彈性馬氏體孿晶亞結(jié)構(gòu)的移動消耗能量，產(chǎn)生高阻尼現(xiàn)象。錳銅阻尼合金材料具有無磁性，低溫阻尼性能很好并且強度和韌性很好的特點。如果成分熱處理得當(dāng)，其阻尼性能最高可達(dá)到橡膠水平。而且錳銅合金材料具有良好的變形能力，可很好的應(yīng)用于阻尼合金支架、阻尼合金墊片、軸承、超傳導(dǎo)線圈、電弓架、阻尼合金薄板等這些零部件上，主要應(yīng)用的錳銅阻尼合金的成分見表1。表1實用化錳銅阻尼合金的成分范圍(質(zhì)量百分比)除了美國的Incramute合金外，其余錳銅合金中都含有元素Ni，其范圍在0.3~5%之間。合金中加入Ni的目的是提高合金的耐蝕性，同時Ni的添加有助于增加Mn-20Cu合金的阻尼性能，但是含量達(dá)到5%則無效。錳銅合金時效后的組織產(chǎn)生了微孿晶，微孿晶的出現(xiàn)是在時效過程中由調(diào)幅組織轉(zhuǎn)化而得，合金阻尼性能伴隨著微孿晶密度的增大而提高。Ni含量顯著影響合金fcc-fct轉(zhuǎn)變點Tt，說明Ni能夠抑制高溫γ-Mn相的分解。多孔金屬具有密度低、強度高、吸聲性能高等優(yōu)點逐漸引起人們的注意，金屬材料的多孔化已經(jīng)被證實是提升金屬材料阻尼性能的非常有效途徑之一。MikioFukuhara等人研究了燒結(jié)Mn-(5、10、15、20)Cu合金的阻尼性能，并與鑄造M2052合金進(jìn)行比較，Mn粉的純度為99%，粒度為16μm，Cu粉的純度為99%，粒度為7μm，混合后在氫氣環(huán)境下30MPa的壓力在950℃溫度下燒結(jié)1h。加熱和冷卻速度分別為0.043和0.028℃/s，熱處理制度為：850℃×1h+450℃×6h。多孔Mn-Cu合金的阻尼性能隨溫度變化（-50~200℃）受的影響比較小，燒結(jié)Mn-Cu合金可以彌補高M(jìn)n合金難加工的問題。大同特殊鋼公司申請的Mn系減振合金的制造方法專利(特開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燒結(jié)得到的MnCu合金的燒結(jié)密度5.9g/cm3，減震系數(shù)可達(dá)到0.4。粉末冶金方法制備多孔錳銅合金的基本工藝為采用單質(zhì)或合金化的混合粉末為原料，制成壓坯后在870～950℃在氣氛或真空燒結(jié)、然后800～950℃固溶處理和300～500℃長時間時效處理。單質(zhì)Mn元素與Cu元素擴散形成的一定濃度固溶體在871℃以上溫度會出現(xiàn)瞬態(tài)液相，從而起到液相燒結(jié)的作用，獲得較高強度的合金；但燒結(jié)溫度超過950℃會造成液相過多而不利于燒結(jié)體的形狀穩(wěn)定性。由于氫、氮等氣氛中都富有一定成分的水分壓，會造成錳的表面氧化而阻礙燒結(jié)，真空燒結(jié)有利于減輕錳的氧化作用；加壓燒結(jié)或氬等惰性氣體保護(hù)燒結(jié)也有類似作用。單質(zhì)錳的導(dǎo)熱系數(shù)只有7.82W/m.℃，純銅為401W/m.℃。由于錳粉的低導(dǎo)熱性，并且其表面或多或少有吸附的氧或水分子，大尺寸壓坯往往表層附近壓制密度高于芯部密度等特點，造成在加熱燒結(jié)過程中坯料中心與表面存在較大的溫差，表面層較早地達(dá)到燒結(jié)溫度而致密度提高，芯部達(dá)不到燒結(jié)溫度或需要很長的保溫時間，使得大尺寸的錳銅合金燒結(jié)體的組織和性能極不均勻，形成“外熟內(nèi)生”的狀態(tài)。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明目的是提供一種碳酸鎳用于改善燒結(jié)錳銅阻尼合金性能的方法，利用碳酸鎳的分解產(chǎn)物做為鎳元素的供體，制備粉末冶金錳銅阻尼合金，鎳含量在0.3～5%范圍，利用碳酸鎳熱分解和氫還原得到的納米級的高活性鎳促進(jìn)燒結(jié)，釋放出來的CO2、水蒸氣阻止壓坯表面形成致密封閉層，提高燒結(jié)體的均勻性，使得在氫還原氣氛下燒結(jié)就可以得到大尺寸的錳銅燒結(jié)體。具體的制備多孔錳銅高阻尼合金工藝步驟如下：1.粉末準(zhǔn)備與混合將電解錳粉（純度：≥99.7%粒度：-100目）、電解銅粉（純度：≥99.7%，粒度：-200目）、水霧化鐵粉（純度：≥98.5%，粒度：~30μm），有時包括霧化鋁粉（純度：≥99.2%,目數(shù)：~10μm）、霧化錫粉（純度：≥99.5%,目數(shù)：~10μm）、霧化鋅粉（純度：≥99.8%,目數(shù)：~10μm）、還原鉬粉（純度：≥99.8%,~1μm）和其他少量單質(zhì)碳、硅、鉻機械破碎粉末，碳酸鎳為化學(xué)結(jié)晶晶體粉（純度：≥99%,目數(shù)：-80目），按照下表配比進(jìn)行配料。按照如下質(zhì)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*為鎳元素的含量，碳酸鎳的用量需要根據(jù)其含有Ni質(zhì)量比例計算;將配好的粉料置于球磨罐中進(jìn)行干磨，球磨時間為0.5~4h至粉料均勻。由于混合料中有較多量的塑性高的Cu、Sn等，在較大的壓制壓力下會產(chǎn)生塑性變形，從而具有高的壓坯強度，因此一般不需要額外添加成形劑。但當(dāng)壓坯要求尺寸較大時，可添加一定量的硬脂酸鋅、石蠟微粉等成形劑，可參照一般粉末冶金工藝。2.壓制成型將混好的粉料在100~600MPa的壓力下壓制成所需尺寸的壓坯。壓力范圍根據(jù)坯料的尺寸和粉末混合體的壓制性能，以及孔隙度的要求來選擇，對于大尺寸、孔隙率要求高，取下限；小尺寸、高致密取大壓力。必要時可采取等向壓力的冷等靜壓成形，或者采取松裝燒結(jié)(無壓力)。3.熱解與燒結(jié)過程由于需要在流動的干燥氫氣的保護(hù)作用下熱解、還原和燒結(jié)，具體步驟為300～450℃保溫1～4小時；400～550℃保溫1～4小時；850~950℃保溫時間為1~4小時；升溫速度5～10℃/分鐘。燒結(jié)坯尺寸較小的時候，溫度和保溫時間可取下限，升溫速度可取上限。燒結(jié)坯尺寸較大的時候，溫度和保溫時間可取上限，升溫速度可取下限。碳酸鎳添加量大時，熱分解階段保溫時間可取上限，升溫速度可取下限。4.熱處理工藝燒結(jié)錳銅經(jīng)過固溶和時效處理，獲得高的阻尼性能，具體參照熔鑄、加工和金的工藝參數(shù)。由于采用本發(fā)明制備的錳銅合金為多孔材料，熱處理時加熱時間需要略有延長。碳酸鎳在每千克高錳錳銅阻尼合金中的用量為6～102克。碳酸鎳（NiCO3）在300℃以上溫度就可以分解，其熱分解最終產(chǎn)物為NiO和CO2。以6℃/min升溫速率升至450℃并保溫20min，在氬氣中能獲得約5nm的氧化鎳（NiO）。氧化鎳的溫度在400-550℃即可以完全還原，通常使用H2等較為安全的還原劑還原NiO，NiO+H2→Ni+H2O↑。在鎳還原溫度范圍內(nèi)，由于得到的粉末顆粒很細(xì)小而表面能高，鎳粉表面會出現(xiàn)熔融,顆粒之間會出現(xiàn)粘接。在制備含鎳的錳銅合金粉末冶金工藝中，采用碳酸鎳代替鎳粉做為鎳元素的供體的主要作用是：①碳酸鎳熱分解產(chǎn)生的微細(xì)鎳元素具有低的熔點，能夠在較低的溫度將單質(zhì)錳粉熔合，從而減少熱阻界面，提高燒結(jié)坯料的熱導(dǎo)性和溫度均勻性，從而提高錳銅燒結(jié)合金的均勻性；②在碳酸鎳分解的溫度范圍，壓坯表面還沒有實現(xiàn)燒結(jié)致密化，因此碳酸鎳分解產(chǎn)生的水和二氧化碳?xì)怏w不斷排出壓制坯表面，阻止壓坯表面形成致密封閉層，使表面處于多孔狀態(tài)，在低溫加熱階段，有利于混合粉的表面吸附水的排出；在高溫?zé)Y(jié)階段，有利于氫氣進(jìn)入燒結(jié)體，起到還原少量氧化金屬元素的作用；③碳酸鎳為細(xì)微粉末，不容易發(fā)生塑性粘接，因此利于成分混合均勻；④分解所得的微細(xì)高能狀態(tài)鎳粉，容易跟錳、銅、鐵、鋁等元素發(fā)生燒結(jié)擴散，從而促進(jìn)液相形成和燒結(jié)過程。本發(fā)明制備的錳銅合金燒結(jié)合金直徑達(dá)100mm、長度達(dá)220mm，密度為5.18～5.73g/cm3，硬度為49～95HRF，彎曲強度為126～278MPa，均勻性好，通過后續(xù)熱處理和加工，可獲得低密度、高阻尼錳銅構(gòu)件。附圖說明圖1為實施例4的彎曲強度曲線圖；圖2為實施例5的斷口形貌圖。下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實施例1將錳、銅、鐵、鋁、錫、碳、硅等粉末和碳酸鎳按照表2實施例1的成分配料。將配好的粉料置于球磨罐中進(jìn)行干磨，球磨時間約為2h至粉料均勻。表2實施例錳銅阻尼合金的成分范圍（質(zhì)量百分比）合金元素實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6實施例7Mn59.347.26052527576.6Cu333935.935.935.71817Al3.06.02.01.04.0//Fe2.43.21.04.03.021.8Ni*0.83.20.32.22.554.6Sn0.181.2/////Cr////0.6//Mo//0.20.9///Zn//0.64.02.0//C0.160.10//0.08//Si0.180.10//0.12//*為鎳元素的含量，碳酸鎳的用量需要根據(jù)其含有的鎳質(zhì)量比例計算。采用壓制模具將混好的粉料在600MPa的壓力下壓制成壓坯。在流動的干燥氫氣的保護(hù)作用下熱解、還原和燒結(jié)，具體步驟為450℃保溫1小時；550℃保溫1小時；950℃保溫時間為1小時；升溫速度10℃/分鐘。隨爐冷卻，燒結(jié)錳銅經(jīng)過固溶和時效處理獲得產(chǎn)品。所得燒結(jié)坯的性能列于表3。表3實施例錳銅阻尼合金的尺寸與性能燒結(jié)體形狀尺寸，mm密度，g/cm3硬度，HRF彎曲強度，MPa實施例1方形10*20*505.4956130實施例2圓盤Φ76*305.2549126實施例3圓片Φ44*185.2181175實施例4方形40*50*1205.7395278實施例5圓棒Φ100*2205.1890234實施例6圓柱狀Φ32*605.3584184實施例7方形60*60*1605.3076193實施例2將錳、銅、鐵、鋁、錫、碳、硅等粉末和碳酸鎳按照表2實施例2的成分配料。將配好的粉料置于球磨罐中進(jìn)行干磨，球磨時間約為3h至粉料均勻。采用圓形模具將混好的粉料在300MPa的壓力下壓制成壓坯。在流動的干燥氫氣的保護(hù)作用下熱解、還原和燒結(jié)，具體步驟為300℃保溫4小時；400℃保溫4小時；850℃保溫時間為4小時；升溫速度5℃/分鐘。隨爐冷卻，燒結(jié)錳銅經(jīng)過固溶和時效處理獲得產(chǎn)品。所得燒結(jié)坯的性能列于表3中。斷口的形貌如圖2所示。實施例3將錳、銅、鐵、鋁、鉬、鋅粉末和碳酸鎳按照表2實施例3的成分配料。將配好的粉料置于球磨罐中進(jìn)行干磨，球磨時間約為0.5h至粉料均勻。采用圓形壓制模具將混好的粉料在500MPa的壓力下壓制成壓坯。在流動的干燥氫氣的保護(hù)作用下熱解、還原和燒結(jié)，具體步驟為400℃保溫2小時；450℃保溫3小時；900℃保溫時間為2小時；升溫速度8℃/分鐘。隨爐冷卻，燒結(jié)錳銅經(jīng)過固溶和時效處理獲得產(chǎn)品。所得燒結(jié)坯的性能列于表3。實施例4將錳、銅、鐵、鋁、鉬、鋅等粉末和碳酸鎳按照表2實施例4的成分配料。將配好的粉料置于球磨罐中進(jìn)行干磨，球磨時間約為2h至粉料均勻。采用長條形模具將混好的粉料在400MPa的壓力下壓制成壓坯。在流動的干燥氫氣的保護(hù)作用下熱解、還原和燒結(jié)，具體步驟為400℃保溫3小時；500℃保溫1小時；920℃保溫時間為1小時；升溫速度6℃/分鐘。隨爐冷卻，燒結(jié)錳銅經(jīng)過固溶和時效處理獲得產(chǎn)品。所得燒結(jié)坯的性能列于表3中。彎曲強度的曲線如圖1所示。實施例5將錳、銅、鐵、鋁、鉻、鋅、碳、硅等粉末和碳酸鎳按照表2實施例5的成分配料，并添加0.8%的硬脂酸鋅。將配好的粉料置于球磨罐中進(jìn)行干磨，球磨時間約為4h至粉料均勻。將混好的粉料裝入圓形橡皮套中，在100MPa的壓力下冷等靜壓成形。在流動的干燥氫氣的保護(hù)作用下熱解、還原和燒結(jié)，具體步驟為320℃保溫3小時；450℃保溫2小時；900℃保溫時間為2小時；升溫速度5℃/分鐘。隨爐冷卻，燒結(jié)錳銅經(jīng)過固溶和時效處理獲得產(chǎn)品。所得燒結(jié)坯的性能列于表3中，斷口形貌如圖2所示。實施例6將錳、銅、鐵和碳酸鎳按照表2實施例6的成分配料。將配好的粉料置于球磨罐中進(jìn)行干磨，球磨時間約為2h至粉料均勻。采用圓形壓制模具將混好的粉料在300MPa的壓力下壓制成壓坯。在流動的干燥氫氣的保護(hù)作用下熱解、還原和燒結(jié)，具體步驟為350℃保溫2小時；400℃保溫4小時；900℃保溫時間為2小時；升溫速度5℃/分鐘。隨爐冷卻，燒結(jié)錳銅經(jīng)過固溶和時效處理獲得產(chǎn)品。所得燒結(jié)坯的性能列于表3。實施例7將錳、銅、鐵等粉末和碳酸鎳按照表2實施例7的成分配料，并添加0.6%的石蠟微粉。將配好的粉料置于球磨罐中進(jìn)行干磨，球磨時間約為3h至粉料均勻。將混好的粉料裝入方形橡皮套中，在200MPa的壓力下冷等靜壓成形。在流動的干燥氫氣的保護(hù)作用下熱解、還原和燒結(jié)，具體步驟為350℃保溫2小時；500℃保溫2小時；920℃保溫時間為2小時；升溫速度6℃/分鐘。隨爐冷卻，燒結(jié)錳銅經(jīng)過固溶和時效處理獲得產(chǎn)品。所得燒結(jié)坯的性能列于表3中。當(dāng)前第1頁1 2 3