一种铜锰基温控变音合金的制备方法

金属材料;冶金;铸造;磨削;抛光设备的制造及处理,应用技术1.本发明属于金属材料制备领域，特别是涉及一种铜锰基温控变音合金的制备方法。背景技术：2.铜基合金是人类历史上发现最早、研究历史最长且性能最为优异的声学材料之一。中国的青铜时代，约始于公元前2000年左右，历经夏、商、周3代，青铜进入极盛时期，并广泛应用于铸造乐器。如1957年河南信阳长台关出土的铜编钟，制造于公元前475—前221 年，经中央音乐学院民族音乐研究所测试，音律准确。1957年7月，中央人民广播电台第一次播送了用这套编钟演奏的《东方红》乐曲。后又将这一乐曲装入中国第一颗人造卫星，遨游天际，响彻太空。3.而温控变音合金属于智能材料，此类合金制备的乐器，随温度变化，可展现出不同的音色。温控变音合金可应用于机械电子、文化艺术及日常生活等领域。目前，尚无温控变音合金、尤其是铜锰基温控变音合金被报道。技术实现要素：4.铜锰基合金(cu-mn合金)为反铁磁性材料，其马氏体相变温度与尼尔转变温度相耦合，具备特殊的阻尼性能和力学性能。本技术发明人结合固态相变理论开展合金设计，使铜锰基合金随温度变化，其内部短程有序结构发生转变，其阻尼值随温度升高而减小，其声音信号衰减的弛豫时间随温度升高而变长，获得温控变音性能，从而完成本发明。5.因此，本发明的一个目的是提供一种铜锰基温控变音合金的制备方法，所述方法包括：6.在氩气气氛保护下，将电解铜、电解锰、电解铝、电解铁、电解锡在中频感应炉中进行熔炼，熔炼温度1200～1500℃，保温时间20～40分钟；7.熔炼完成后，浇铸到铸铁金属模中，得到合金铸锭；8.将合金铸锭在700～900℃进行固溶处理，然后水冷；9.再将合金铸锭在300～500℃进行时效处理，然后空冷，得到铜锰基温控变音合金。10.中频感应炉是指工作频率在150～10000hz范围内的感应炉。11.优选地，所述电解铜为纯度99.9％的电解铜。12.优选地，所述电解锰为纯度99.9％的电解锰。13.优选地，所述电解铝为纯度99.9％的电解铝。14.优选地，所述电解铁为纯度99.9％的电解铁。15.优选地，所述电解锡为纯度99.9％的电解锡。16.优选地，所述熔炼在石墨坩埚中进行，熔炼温度为1200℃、1300℃、1400℃、1450℃、 1500℃以及它们之间的任意值。该熔炼条件可使铜锰基合金的元素分布均匀。17.优选地，固溶处理温度为700℃、750℃、800℃、850℃、900℃以及它们之间的任意值，固溶处理0.5～5小时，随后水冷，该固溶处理条件可使铜锰基合金获得反铁磁性马氏体孪晶组织。18.优选地，时效处理温度为300℃、350℃、400℃、450℃、500℃或它们之间的任意值，时效处理0.5～8小时，随后空冷，该时效处理条件可使铜锰基合金残余内应力降低，组织稳定性提高。19.本发明的另一个目的是提供由上述方法制备得到的铜锰基温控变音合金，在所述合金中，mn元素含量为5.0～30.0wt％，al元素含量为0.5～3.0wt％，fe元素含量为0.5～3.0wt％， sn元素含量为1.0～18.0wt％，余量为cu元素和不可避免的杂质。20.优选地，在所述合金中，mn元素含量为15.0～28.0wt％，al元素含量为0.5～2.0wt％， fe元素含量为0.5～2.0wt％，sn元素含量为2.0～18.0wt％，余量为cu元素和不可避免的杂质。21.本发明的有益效果是：22.本发明提供的方法能够使铜锰基合金形成反铁磁结构，随温度变化，其内部短程有序结构发生转变，其阻尼值随温度升高而减小，其声音信号衰减的弛豫时间随温度升高而变长，获得温控变音性能。本发明提供的方法制得的铜锰基温控变音合金，当温度从25℃上升到200℃，其阻尼值从0.089下降到0.034，声音信号的衰减弛豫时间从0.24s延长到 3.56s，获得温控变音性能。23.具体实施例方式24.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体的实施例对本发明进一步详细说明。25.实施例1：26.采用纯度为99.9％的电解铜、纯度为99.9％的电解锰、纯度为99.9％的电解铝、纯度为 99.9％的电解铁、纯度为99.9％的电解锡为原料，在中频感应炉中进行熔炼；采用石墨坩埚，通入氩气保护气氛，熔炼温度1350℃，保温时间25分钟，浇铸到铸铁金属模中；将合金铸锭在800℃固溶处理2小时后水冷；将合金铸锭在420℃时效处理2小时后空冷；所得铜锰基温控变音合金中mn元素含量为15.0wt％，al元素含量为1.5wt％，fe元素含量为1.5wt％，sn元素含量为12.0wt％，余量为cu元素和不可避免的杂质。27.将制得的铜锰基温控变音合金，按照《gb/t 18258-2000阻尼材料阻尼性能测试方法》之规定，进行阻尼性能测试。测试设备为多功能内耗仪。测试温度为25～200℃，频率为 1hz，施加的应变振幅范围为1000×10-6，测得的合金阻尼值见表1。用声音传感器采集合金在不同温度下的声音信号，利用软件adobe audition对采集到的信号进行分析处理，测得的声音信号衰减弛豫时间见表1。合金具备温控变音性能。28.表1实施例1中合金随温度变化的阻尼性能和声音信号衰减弛豫时间[0029][0030]实施例2：[0031]采用纯度为99.9％的电解铜、纯度为99.9％的电解锰、纯度为99.9％的电解铝、纯度为 99.9％的电解铁、纯度为99.9％的电解锡为原料，在中频感应炉中进行熔炼；采用石墨坩埚，通入氩气保护气氛，熔炼温度1400℃，保温时间30分钟，浇铸到铸铁金属模中；将合金铸锭在850℃固溶处理4小时后水冷；将合金铸锭在450℃时效处理4小时后空冷；所得铜锰基温控变音合金中mn元素含量为20.0wt％，al元素含量为1.2wt％，fe元素含量为1.2wt％， sn元素含量为10.0wt％，余量为cu元素和不可避免的杂质。[0032]将制得的铜锰基温控变音合金，按照《gb/t 18258-2000阻尼材料阻尼性能测试方法》之规定，进行阻尼性能测试。测试设备为多功能内耗仪。测试温度为25～200℃，频率为 1hz，施加的应变振幅范围为1000×10-6，测得的合金阻尼值见表2。用声音传感器采集合金在不同温度下的声音信号，利用软件adobe audition对采集到的信号进行分析处理，测得的声音信号衰减弛豫时间见表2。合金具备温控变音性能。[0033]表2实施例2中合金随温度变化的阻尼性能和声音信号衰减弛豫时间[0034][0035]实施例3:[0036]采用纯度为99.9％的电解铜、纯度为99.9％的电解锰、纯度为99.9％的电解铝、纯度为 99.9％的电解铁、纯度为99.9％的电解锡为原料，在中频感应炉中进行熔炼；采用石墨坩埚，通入氩气保护气氛，熔炼温度1300℃，保温时间25分钟，浇铸到铸铁金属模中；将合金铸锭在750℃固溶处理3小时后水冷；将合金铸锭在350℃时效处理3小时后空冷；所得铜锰基温控变音合金中mn元素含量为12.0wt％，al元素含量为1.0wt％，fe元素含量为1.5wt％， sn元素含量为14.0wt％，余量为cu元素和不可避免的杂质。[0037]将制得的铜锰基温控变音合金，按照《gb/t 18258-2000阻尼材料阻尼性能测试方法》之规定，进行阻尼性能测试。测试设备为多功能内耗仪。测试温度为25～200℃，频率为 1hz，施加的应变振幅范围为1000×10-6，测得的合金阻尼值见表3。用声音传感器采集合金在不同温度下的声音信号，利用软件adobe audition对采集到的信号进行分析处理，测得的声音信号衰减弛豫时间见表3。合金具备温控变音性能。[0038]表3实施例3中合金随温度变化的阻尼性能和声音信号衰减弛豫时间[0039][0040]实施例4：[0041]采用纯度为99.9％的电解铜、纯度为99.9％的电解锰、纯度为99.9％的电解铝、纯度为 99.9％的电解铁、纯度为99.9％的电解锡为原料，在中频感应炉中进行熔炼；采用石墨坩埚，通入氩气保护气氛，熔炼温度1400℃，保温时间35分钟，浇铸到铸铁金属模中；将合金铸锭在800℃固溶处理5小时后水冷；将合金铸锭在400℃时效处理5小时后空冷；所得铜锰基温控变音合金中mn元素含量为14.0wt％，al元素含量为1.5wt％，fe元素含量为0.5wt％，sn元素含量为8.0wt％，余量为cu元素和不可避免的杂质。[0042]将制得的铜锰基温控变音合金，按照《gb/t 18258-2000阻尼材料阻尼性能测试方法》之规定，进行阻尼性能测试。测试设备为多功能内耗仪。测试温度为25～200℃，频率为 1hz，施加的应变振幅范围为1000×10-6，测得的合金阻尼值见表4。用声音传感器采集合金在不同温度下的声音信号，利用软件adobe audition对采集到的信号进行分析处理，测得的声音信号衰减弛豫时间见表3。合金具备温控变音性能。[0043]表4实施例4中合金随温度变化的阻尼性能和声音信号衰减弛豫时间[0044][0045]实施例5-10：[0046]除了合金成分、熔炼温度、固溶处理温度及保温时间、时效处理温度及保温时间按照表5中数值进行变化以外，其余操作同实施例1，制得合金试样，经阻尼性能测试和声音信号衰减弛豫时间测试，当温度从25℃升高到200℃时，降低的阻尼值和增长的弛豫时间见表5。由表5可以看出，本发明提供的方法可以使铜锰基合金获得温控变音性能。[0047]表5不同合金成分、熔炼温度及时间、固溶处理温度及时间、时效处理温度及时间的铜锰基合金随温度变化的阻尼性能和声音信号衰减弛豫时间[0048][0049]对比例1：[0050]采用纯度为99.9％的电解铜、纯度为99.9％的电解锰、纯度为99.9％的电解铝、纯度为99.9％的电解铁、纯度为99.9％的电解锡为原料，在中频感应炉中进行熔炼；采用石墨坩埚，通入氩气保护气氛，熔炼温度1350℃，保温时间25分钟，浇铸到铸铁金属模中；将合金铸锭在500℃固溶处理2小时后水冷；将合金铸锭在420℃时效处理2小时后空冷；所得铜锰基温控变音合金中mn元素含量为15.0wt％，al元素含量为1.5wt％，fe元素含量为1.5wt％， sn元素含量为12.0wt％，余量为cu元素和不可避免的杂质。[0051]将制得的铜锰基温控变音合金，按照《gb/t 18258-2000阻尼材料阻尼性能测试方法》之规定，进行阻尼性能测试。测试设备为多功能内耗仪。测试温度为25～200℃，频率为 1hz，施加的应变振幅范围为1000×10-6，测得的合金阻尼值见表6。用声音传感器采集合金在不同温度下的声音信号，利用软件adobe audition对采集到的信号进行分析处理，测得的声音信号衰减弛豫时间见表6。合金不具备温控变音性能。[0052]表6对比例1中合金随温度变化的阻尼性能和声音信号衰减弛豫时间[0053][0054]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。









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