[發明專利]一種Ti-Nb-O高阻尼鈦合金及其粉末冶金制備方法

無效

• 申請號: 201210180731.X
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN102719700A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 余黎明;秦鳳明;殷福星;檀慧
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/05
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明涉及高阻尼鈦合金及其制備方法，更具體地說，涉及一種Ti-Nb-O高阻尼鈦合金及其粉末冶金制備方法。

背景技術

伴隨現代工業的飛速發展，各種機械設備要求更高的使用精度和更長的使用壽命，而振動和噪聲會嚴重影響設備的使用精度和使用壽命。例如，戰斗機作為一種超高速飛行的航空器，其發動機高速運轉時會產生巨大的振動能，這會加速發動機的性能惡化甚至導致其他零部件性能惡化，進一步的惡化就可能導致機身材料破壞、斷裂，從而導致戰斗機解體。因此，近年用于振動和噪聲控制的阻尼合金頗受世界各發達國家所重視，并發展迅速。

近年，產生了一種基于Snoek弛豫機制的新型高阻尼合金——Ti-Nb系高阻尼合金。根據Snoek弛豫理論，體心立方結構（bcc）合金在外應力作用下，八面體間隙中的小半徑原子（C、N和O等）會定向地向近鄰八面體間隙位置運動，并在此過程中造成能量耗散。因為該擴散過程可重復發生而不破壞合金中的相結構，所以這種阻尼合金具有可重復使用性，其使用壽命有望比其他類型阻尼合金更長久。

粉末冶金的燒結分為固相燒結、瞬時液相燒結、液相燒結。粉末冶金工藝作為材料制備的一種重要手段，具有材料利用率高，材料組織細小均勻可控，易實現近凈成形等優點，是制造高性能、低成本鈦合金的理想工藝，從而達到提高產品質量、延長使用壽命、節約資源和能源的目的。因此，選擇粉末冶金的工藝方法制備高阻尼鈦合金，可顯著改善高阻尼鈦合金成型工藝，是高阻尼鈦合金領域的一個重要突破。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種Ti-Nb-O高阻尼鈦合金及其粉末冶金制備方法。

本發明的目的通過下述技術方案予以實現：

一種Ti-Nb-O高阻尼鈦合金，其中金屬元素按照原子百分比（即原子摩爾百分比）由25%的Nb、1.5%的O和Ti（余量）組成，按照下述步驟進行制備，最終獲得亞穩β型高阻尼鈦合金：

（1）原材料的稱量，采用高純Ti粉、高純Nb粉、高純TiO₂粉按照Ti-25Nb-1.5O（at%）的配比

（2）使用球磨機對稱量的原材料進行球磨混料，球料比為2：1，球磨速率為110rpm-220rpm，球磨時間為2h

（3）將球磨好的粉末進行冷壓成型，其冷壓成型壓強為500MPa，時間為5min

（4）將冷壓好的壓坯放進管式爐進行真空燒結，其燒結溫度為1200℃-1250℃，燒結時間為5h

本發明的技術方案首先采用高純的原料（分析純在99.999%以上），采用粉末冶金的方法進行制備，將球磨好的合金粉末進行冷壓成型，獲得一定的結合強度，再利用固相燒結方法進行真空燒結，使得各種元素進行充分擴散，獲得致密的、組織均勻的高阻尼鈦合金。本發明高阻尼鈦合金可以在200-350℃的溫度范圍內使用，具有阻尼值高和力學性能良好等優點，可以作為制備高阻尼材料的方法加以開發利用。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

（1）與熔煉方法相比，本發明采用粉末冶金方法，工藝簡單，工業生產過程中比較容易實現，大大降低了生產成本；經過熔煉方法制造的合金塑性成形性能不好，難于加工成所需要的形狀。采用粉末冶金的方法可以任意改變模具的形狀，使合金的形狀和尺寸可以任意調節，無需后續加工，就可以直接生產出所需要的零件成品。

（2）本發明采用粉末冶金方法，可獲得組織均勻的β型(體心立方結構)高阻尼鈦合金，如附圖1中XRD譜線所示。

（3）DMA測試表明：球磨轉速為110rpm和燒結溫度為1200℃時的阻尼特性最為理想，在頻率為1.0HZ時阻尼值Q^-1達到0.0603（見附圖2（a））。

（4）綜合性能良好：采用110rpm-220rpm、2h的球磨混料，500MPa、5min的冷壓成型，1200℃-1250℃、5h的真空燒結制備的Ti-25Nb-1.5O高阻尼鈦合金，其阻尼值達到0.04-0.06，抗壓強度達到1300-1400MPa。

附圖說明

圖1為采用不同工藝參數粉末冶金方法制備的Ti-25Nb-1.5O（at%）高阻尼鈦合金的X-ray衍射圖譜，其中β相為合金主要組成相。

圖2為采用不同工藝參數粉末冶金方法制備的Ti-25Nb-1.5O（at%）高阻尼鈦合金在不同頻率下的阻尼性能和楊氏模量曲線。

圖3為采用不同工藝參數粉末冶金方法制備的Ti-25Nb-1.5O（at%）高阻尼鈦合金的壓縮應力-應變曲線。

具體實施方式