【摘 要】
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Mn-Cu合金是一种特殊的金属功能材料,能够依靠相界及孪晶界的相对运动耗散振动能量,实现结构的减振降噪。合金元素是影响Mn-Cu合金相变的主要因素之一,但Sn元素对合金相变机制的报道却很少。因此,本文以Mn-(44-x)Cu-1.5Al-x Sn(x=0,1,2,3 wt.%)阻尼合金为研究对象,研究分析了合金化、塑性变形及热处理工艺对合金阻尼性能、力学性能及耐蚀性能的影响。随后,本文探究了Sn含
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Mn-Cu合金是一种特殊的金属功能材料,能够依靠相界及孪晶界的相对运动耗散振动能量,实现结构的减振降噪。合金元素是影响Mn-Cu合金相变的主要因素之一,但Sn元素对合金相变机制的报道却很少。因此,本文以Mn-(44-x)Cu-1.5Al-x Sn(x=0,1,2,3 wt.%)阻尼合金为研究对象,研究分析了合金化、塑性变形及热处理工艺对合金阻尼性能、力学性能及耐蚀性能的影响。随后,本文探究了Sn含量对合金阻尼性能、力学性能的影响。随着Sn含量的增加,合金内会生成Cu4Mn Sn钉扎FCT相,合金的阻尼性能逐步降低。Sn含量为1 wt.%时,合金的阻尼性能最高(扭转振幅为2×10-4时,阻尼性能为0.06)。这主要由两点原因造成:其一,Sn元素大幅提高了合金的马氏体转变点,增加了相界面;其二,Sn元素减少了合金的孪晶激活能,使孪晶更易开动,弛豫性能增强。两者共同作用提高了合金的阻尼性能。除此之外,由于Sn元素原子半径较大,因而在熔炼时会存在扩散不充分的问题,使其在晶界处富集。部分Sn原子溶入Mn-Cu基体,诱发晶格畸变,促进了FCC-FCT转变。这使得FCT相主要在晶界附近的富Sn区形成。与此同时,Sn元素的加入有效地增加了合金的相界面,这导致了塑性变形更加困难;而且,合金内的Sn元素及Cu4Mn Sn相还分别起到了固溶强化和第二相强化的作用,因此合金的硬度随Sn含量的增加而增加。在塑性变形方面,塑性变形能小幅度提高合金的阻尼性能,塑性变形量为3%时阻尼性能最佳(扭转振幅为2×10-4时,阻尼性能为0.045167),其主要是因为合金塑性形变产生大量形变马氏体,而产生的位错对马氏体相的钉扎影响作用较弱。随着塑性变形量的增加合金内位错的钉扎作用占据主导,导致了阻尼性能快速下降。塑性变形量达到30%时合金内的马氏体几乎完全被钉扎,随着变形量的增加,阻尼性能几乎不再下降。不仅如此,塑性变形量在5%以下时,合金硬度提升较快,强化机制主要为马氏体相界强化;塑性变形量在5%以上时,合金的硬度提升较慢,强化机制主要为位错强化。在耐蚀性方面,本文先是通过均匀化处理使其成分均匀,减少电偶腐蚀的影响。在此基础上,本研究发现Sn元素的添加使得合金更易形成钝化膜,降低了合金的自腐蚀电流密度,抑制了合金的点蚀行为。其中Sn含量在1 wt.%时,合金的腐蚀坑最浅(腐蚀坑平均深度为12.49μm,自腐蚀电流密度为5.003μA/cm~2)其主要是因为1Sn合金的钝化膜的孔隙率最低(通过计算得到合金的孔隙率为2.28×10-5),致密性最好。
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