[發明專利]復合型輕質高強鎳鈦記憶合金基高阻尼材料制備方法

無效

• 申請號: 200810219443.4
• 申請日: 2008-11-26
• 公開（公告）號: CN101407867A
• 公開（公告）日: 2009-04-15
• 發明（設計）人: 張新平;李大圣;熊志鵬
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C1/08;C22C19/03
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 李衛東

技術領域

本發明涉及高阻尼材料的制備技術，特別是涉及具有阻尼能力好、輕質、高強和超彈性性能穩定的鎳鈦記憶合金基復合材料制備方法。

背景技術

在各種民用及工業(包括軍工)結構、部件和設施中，對振動、沖擊和噪聲的控制及動能的調節變得日益重要。例如，機械運行速度的提高要產生強烈的振動和噪聲，從而會干擾自控系統，降低儀表測量精度或引起疲勞損傷甚至疲勞破壞；在一些要求實現聯接部位阻抗匹配及不同力學性能材料構件界面柔性聯接的場合(例如空間對接和柔性著陸以及抗沖擊的空間平臺結構等)，要求材料和結構具有可調節的能量吸收特性，以提高接觸穩定性、避免剛性碰撞導致的破壞或劇烈沖擊；另外，振動和噪聲也會污染環境，危害人們的身心健康。近20年來，振動控制、沖擊震動緩沖、能量吸收和噪聲降低等技術及其相關材料的研究受到了普遍重視，而阻尼材料的開發就是從材料角度實現上述功能的重要措施之一。尤其是近年來，隨著航空航天技術的快速發展以及在高臨界條件下服役的結構的迅猛發展，再加上現代化工業的發展是以構件設計輕量化、高強度化和盡可能采用整體加工工藝成型為特點，所用高阻尼材料還必須兼有高強度、良好的耐腐蝕性及可回復變形能力等。但目前主流應用的高阻尼材料，無論是聚合物類系(包括橡膠類)粘彈性阻尼材料還是金屬系阻尼材料，均很難同時滿足上述要求，尤其是材料的強度與阻尼能力常常是相互矛盾的，阻尼越大，則強度越低，反之亦然。

鎳鈦形狀記憶合金是目前所有形狀記憶合金中最有應用價值的智能合金材料，具有優異的形狀記憶效應和超彈性能力，以及良好的生物相容性、耐蝕性和耐磨性等，在生物醫學、機械工程和航天等領域的應用越來越廣。雖然目前對鎳鈦記憶合金的研究主要集中在生物醫學領域，但近年發現鎳鈦記憶合金在制造高阻尼結構和器件方面具有非常好的應用前景，可望利用鎳鈦記憶合金的相變和逆相變以及遲滯響應和超彈性行為帶來優異的阻尼能力，在很多領域得到有益的應用。????

一般來說，為了獲得高阻尼能力，合金材料內部存在大量的界面(缺陷)是一個必要條件。鎳鈦形狀記憶合金在應力誘發馬氏體相變過程產生的大量界面(包括不同變體間的界面、孿晶界面和母相-馬氏體相界面等)的非彈性運動以及遲滯效應和可變剛性特點是造成其高阻尼能力的主要原因。另外，從阻尼技術及應用方面來看，鎳鈦記憶合金不僅可以作為被動阻尼材料來開發，還可以充分利用其獨特的形狀記憶效應和超彈性行為制備主動阻尼系統和器件。

鎳鈦記憶合金雖具有優異的阻尼能力，但其較高的密度(約6.5g/cm³)對需要輕質材料的航空和航天應用以及用于高速回轉和高速運載機具中功能結構和器件而言還是一個很大的問題；如何在保證優異的綜合力學性能(包括阻尼能力)的前提下明顯降低合金密度，是非常具有挑戰性的材料研發問題。

從實現能量吸收器件的輕質及良好重復使用可靠性方面看，將鎳鈦記憶合金制成多孔結構被認為是一個好的途徑。但近期研究表明，普通多孔鎳鈦記憶合金的比阻尼(即阻尼值與密度之比)可以接近甚至高于致密鎳鈦記憶合金，但其絕對阻尼值則明顯低于致密鎳鈦記憶合金，而且孔隙率增加導致阻尼能力下降。這與研究其它輕質多孔泡沫鋁和泡沫鎂阻尼能力時得到的結論不同。而且，孔隙的存在嚴重削弱了鎳鈦記憶合金的強度和線性超彈性能力，提高孔隙率及增加孔隙尺寸均使多孔鎳鈦記憶合金的強度和超彈性能力降低；多孔鎳鈦記憶合金相對其致密態而言，其耐蝕性也較差。因此，能否開發一種阻尼能力優良、力學性能穩定的高阻尼合金成為開發高阻尼材料的研究熱點之一。

從材料宏觀組成來看，普通多孔鎳鈦記憶合金主要由本征阻尼很高的鎳鈦基體和大量孔隙構成，孔隙是空氣介質，而空氣的本征阻尼很低。另外，從現有的阻尼材料來看，單一材料很難同時具有輕質、阻尼能力優異且力學性能好等綜合特點。此時，開發具有高強度、高剛度和高阻尼的復合材料是最佳選擇。目前，在實際工程應用中，已將致密鎳鈦記憶合金作為增強體埋入其它金屬、高分子、水泥等結構材料中，制成能夠實現基體增強、被動-主動振動控制和形狀控制等功能的智能化復合材料。以上智能化功能的實現，主要是依靠鎳鈦記憶合金在形狀回復過程中產生的回復力和回復應變，而基體材料的約束將直接影響鎳鈦形狀記憶合金的相變及力學行為。但這些復合材料中鎳鈦記憶合金體積分數較低，而且本身不是作為主體發揮作用，難以達到很好的阻尼效果。