[發明專利]一種NbB阻尼合金體系的組織與阻尼性能關系確定方法

有效

• 申請號: 201310634958.1
• 申請日: 2013-11-28
• 公開（公告）號: CN103602867A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 殷亮
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C22C27/02
• 分類號: C22C27/02;C22C1/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

技術領域：

本發明通過熔煉的方法制備β相NbxB高阻尼材料。涉及用熔煉方法制備一種易制備、性能好的新體系高阻尼材料，分析其組織與性能并建立二者之間一定的關系。該發明中B的含量為0.15-0.5（at%）之間，以NbxB（x=0.15,0.3,0.45,0.5）（at%）為例。?

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。尤其是在較為惡劣的環境中使用的材料，高阻尼合金比起傳統合金的優越性則更為明顯。?

通過位錯移動等機制而研發的高阻尼合金由于本身機制等局限性，阻尼性能惡化情況明顯。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（如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。?

發明內容：

本發明以Nb-xB（at%）（x=0.15,0.3,0.45,0.5）合金為例建立NbB體系高阻尼合金；采用熔煉方法進行制備并分析其組織與性能，具體技術方案如下。?

第一步：原材料的稱量，采用高純Nb棒、高純B粉按照25Nb-xB（at%）（x=0.15,0.3,0.45,0.5）的配比進行稱量。?

第二步：將高純B粉進行壓片，壓力為8MPa，時間為3min。?

第三步：將準備好的材料放置于真空熔煉爐中進行熔煉，保證試樣完全熔融5次以確保均勻性。?

第四步：冷卻后的試樣經過機加工和打磨、腐蝕步驟，制成β相NbxB高阻尼材料，用于性能與組織測試。?

第五步：將準備好的試樣進行XRD、DMA、OM、SEM和TEM測試，將結果進行分析并建立組織與阻尼性能之間一定的關系。?

本發明的原理是：根據小半徑原子基于點缺陷的Snoek弛豫效應中發揮的作用以研發新的高阻尼合金體系。力求將合金的阻尼性能與微觀組織聯系起來，建立二者之間一個較為直?觀的關系。C、N、O等小半徑原子在上述鈦合金體系中作為間隙原子的應用較為廣泛，近年來的研究集中在上述體系中添加其他合金元素改善其性能。本發明則致力于研究出在性能、制作工藝以及經濟方面有所突破的新體系。硼原子作為常見的非金屬原子，在物理化學性質上與高阻尼鈦合金中常用的間隙原子C、N和O等類似但添加方法更為簡單、添加量更為精確、合金制備更加簡單經濟。B的添加量不同就意味著會對合金的組織性能造成影響，而組織和阻尼性能之間又存在一定內在的關系，所以隨著B添加量的增加，組織和阻尼性能是按照一定規律發生變化的。?

本發明的優點在于：?

1、硼原子作為Snoek弛豫效應中的小半徑間隙原子更易添加至相應的高阻尼鈦合金中，添加量的可控性和精確度提高，合金制備更加簡單經濟，為以后的規模應用提供基礎。?

2、本發明采用熔煉方法制備，Nb0.3B在可達到最高阻尼性能，為0.032。?

3、本發明制備的Nb0.3B在頻率為10HZ下的峰值溫度最高為340℃，顯著右移。可保證該發明所制備的合金在較高溫度下具有較好的阻尼性能。?

4、本發明制備的NbB合金在B添加量小于0.3at%時，阻尼性能上升，且相分析及微觀組織觀察均未發現第二相存在，當B的添加量為0.45-0.5at%時，出現第二相，此時性能出現下降。經過具體分析可建立阻尼性能與微觀組織的關系。?

附圖說明：

圖1為熔煉方法制備的不同成分Nb-xB（x=0.15,0.3,0.45,0.5）（at%）高阻尼合金的X-ray衍射圖譜，其中β相為合金主要組成相。?

圖2為熔煉方法制備的不同成分Nb-xB（x=0.15,0.3,0.45,0.5）（at%）高阻尼合金在相同頻率下的阻尼值—溫度關系曲線。其中（a）的振動頻率為0.1Hz，（b）的振動頻率為1Hz，（c）的振動頻率為10Hz.?