TwinDamp™:提高锰铜的阻尼能力

TwinDamp™:提高锰铜的阻尼能力

 

在为Carbide Base底脚设计金刚石嵌入件时,我们力求使用高阻尼金属合金来提高隔离性能。 通过研究和测试,我们开发出TwinDamp™–一种经过温度处理的锰铜双晶金属合金,在 0.01 Hz 至 10 MHz 范围内具有优异的阻尼特性。

 

当锰铜合金受到振动时,马氏体孪晶运动或孪晶边界与马氏体相边界之间的相互运动所产生的应变会松弛应力并耗散振动能量[1]。 换句话说,材料内部边界之间的微小运动可以通过转化为热量来有效消散振动。

 

锰铜合金是目前阻尼最高的金属合金之一,其阻尼能力是铜的 10 倍以上[2]。 虽然这些合金的阻尼能力远低于我们的 ViscoRing™中使用的弹性体相比,它们具有明显的优势,即作为一种刚性金属,它们能在负载下更好地保持形状。

将TwinDamp™集成到金刚石嵌入件中

TwinDamp™的刚度使我们能够将其应用于人造橡胶刚度不够的金刚石嵌入件部位。

 

在隔离器内部使用的金刚石涂层陶瓷轴承滚道上方有三个由TwinDamp™制作的衬垫。 这些焊盘的排列方式使其与通过设备的振动传输路径串联。 换句话说,振动必须通过衬垫才能从脚踏板的一侧传到另一侧。 这种配置进一步提高了脚踏板的整体减震性能。

 

顶部中心螺纹孔也用TwinDamp™ 制作的插件代替。 这样做的目的是,如果在扬声器的正下方安装地钉,就可以为地钉的尖端提供一个高阻尼的接触面。 如果使用随附的螺栓安装底座,插入件还能提供额外的阻尼。

 

还可选配TwinDamp™钉子,当三个钉子朝下时,可改善脚踏板底部进出振动的阻尼效果。 当从底座顶部中心向上时,也可使用单个钉子为设备底部提供高阻尼界面。

TwinDamp™合金

通过温度处理改善锰铜性能

众所周知,锰铜合金对温度处理很敏感。 持续暴露于高温(也称为金属老化)可初步改善这些合金的阻尼和强度特性。 这是由于材料中富锰区域的增强。 不过,过度老化会开始影响阻尼能力,因此需要平衡处理温度和持续时间才能达到最佳效果[3]

 

逐渐暴露在低温环境中还能增强金属的结晶结构。 这种低温回火工艺可为锰铜合金带来理想的声波改进。

 

通过实验,我们为所使用的锰铜合金开发出了一种有效的温度处理工艺。 我们的独特工艺包括多个阶段的热疗和冷疗。 处理过程持续两天,以改善这种合金的阻尼和声波性能。

1100°C 熔炉
低温冰箱
测量振动衰减

TwinDamp™、锰铜和不锈钢的比较

为了量化TwinDamp™的减震性能,我们进行了一次实验。 由不锈钢锰铜不锈钢制成的三组钉子 TwinDamp™分别直接穿在钢板上。 在平板上放置了一个 3.6 千克(8 磅)的砝码,以模拟设备的重量。 然后,将平板的三个尖头朝下放在密封的 18 英寸重低音扬声器顶部。 板上安装了加速度传感器。 然后通过重低音扬声器播放 15 赫兹至 200 赫兹的对数扫频正弦信号,以测量每组尖峰信号的衰减。

 

不锈钢测量值显示为红色,锰铜测量值显示为绿色,TwinDamp™测量值显示为蓝色

所有尖峰的振动振幅
不锈钢瀑布
锰铜瀑布
TwinDamp™瀑布图

结论

与不锈钢尖头相比,锰铜尖头在振动衰减方面有细微但可测量的改进。 TwinDamp™磁钉的衰减效果甚至比锰铜磁钉更强,这验证了我们的温度处理工艺的有效性。 在 80 Hz 的低音炮箱体共振附近,改进最为明显。 锰-铜和TwinDamp™还显示出更强的阻尼能力,这体现在瀑布图中的振动振幅轨迹更平滑,振动衰减更快。

参考

[1] Lu F-S、Wu B、Zhang J-F、Li P 和 Zhao D-L 2016 MnCuNiFeCe 合金的微观结构和阻尼特性Rare Met.35 615-9

 

[2] Zhang, J., Perez, R. J., and Lavernia, E. J.,“Documentation of damping capacity of metallic, ceramic and metal-matrix composite materials”, Journal of Materials Science, vol. No. 28, no. 9, pp. doi:10.1007/BF01151671

 

[3] Ke, T. S., Wang, L. T., & Yi, H. C. (1987).锰铜和锰铜铝合金的内摩擦。 Le Journal de Physique Colloques, 48(C8), C8-559.