[發明專利]一種高阻尼復合材料

無效

• 申請號: 201410015968.1
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103710650A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 武高輝;胡杰;張強;姜龍濤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C49/14
• 分類號: C22C49/14;C22C49/04;C22C49/06;C22C47/12;C22C47/14;C22C111/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一種阻尼復合材料。

背景技術

應用于航空航天領域的高精密設備和儀器不斷集成化和輕量化，對材料的阻尼性能提出了更高的要求。如航天遙感衛星服役過程中，由于時刻受到星上活動部件如動量輪轉動、太陽翼步進，以及空間環境包括太陽風擾動、地球引力場變化等的影響，衛星會發生微振動。這種微振動能量小，頻帶寬，姿態控制系統很難測控，而且會引起組成空間相機結構和光學系統的各個零件內部的微變形或者相互之間的微位移，影響成像品質。這一問題隨著航天遙感向著更高分辨率的發展而日趨凸顯，成為高分辨率光學遙感領域必須解決的關鍵技術問題。采用傳統的減振結構易引起設備結構進一步復雜，不利于高精密設備和儀器的集成化和小型化，采用高阻尼合金可有效解決這一問題。而常用的阻尼合金如灰口鑄鐵、MnCu合金、FeCr合金，雖然在航海和汽車工業獲得一些應用，但由于存在密度大，比強度低以及耐熱性差等缺陷，難以滿足航空航天領域的應用。同時，由于外部工作環境的差異，需要在特定溫度下具有高阻尼特性。因此,研發一種同時具有密度小和優良阻尼性能的結構功能一體化高阻尼材料,對軍用和民用航空航天領域均具有重大意義。

高阻尼是指材料在振動過程中由于內部原因引起外部機械能快速消耗的特殊性能。不同金屬阻尼材料的阻尼機制有所不同，目前采用的阻尼材料按其阻尼機制不同主要包括：位錯型，如鎂合金，其阻尼性能優良，但強度偏低、耐腐蝕性較差；孿晶型，如Mn-Cu系合金，同時具有優良的阻尼性能和較高的強度，但大多含有色金屬，加工和生產成本較高；鐵磁型，如Fe-Cr系合金，具有良好的阻尼性能和高的使用溫度，但是其阻尼性能容易受到磁場的影響；超塑性型，如Zn-Al合金，具有阻尼性能良好、加工方便及成本低廉的特點，但其強度較低，抗腐蝕性能也較差；復相型，如灰口鑄鐵，其阻尼性能隨應變幅度的增大而提高，但其密度較大。

在金屬基體中加入增強相制成復合材料能使材料同時具有較好的阻尼性能和較強的力學性能。在制備復合材料中一般選擇顆粒、晶須和纖維作為增強相。與顆粒或晶須相比，連續纖維可以較大程度地提高復合材料的阻尼。目前研究較多的阻尼金屬基復合材料主要是Mg基阻尼復合材料和Al基阻尼復合材料。

目前有關于采用TiNi形狀記憶合金制備金屬基復合材料的報道，主要關注的是復合材料的制備工藝和力學性能。陳軍等人在200l年《鈦工業進展》中的“Ni-Ti形狀記憶合金強化的鈦基和鋁基復合材料”記載了使用真空熱壓，熱擠壓和火花等離子燒結分別制備了Ti_50.3Ni合金短纖維和連續纖維強化的6061A1基復合材料。張小明等人在200l年《稀有金屬快報》中的“電脈沖燒結法制備形狀記憶合金顆粒彌散鐵基復合材料”采用電脈沖燒結法成功制備了TiNi形狀記憶合金粒子彌散鋼基復合材料，選擇Ti₅₀Ni₅₀等原子比形狀記憶合金粉和SCM435鋼粉，記憶合金粉含量為1vol％，球磨混合均勻采用電脈沖燒結裝置燒結。啟明等人在2006年《金屬功能材料》中“TiNi形狀記憶合金絲增強鎂合金基復合材料”采用脈沖通電熱壓燒結裝置在傳統碳模中制取了質量良好的TiNi形狀記憶合金絲鎂基復合材料。Xie等人在2007年《Journal?of?Engineering?Materials?and?Technology》中“Development?of?short?fiber-reinforced?NiTi/Al6061Composite”研究發現隨著TiNi合金預應變加大，復合材料的強度增加，且隨著溫度的上升，復合材料的強度也會增加。但已有的報道表明，制備成功的TiNi合金金屬復合材料均采用單一相變的形狀記憶合金作為增強體，且體積分數較低，不具備阻尼性能。

發明內容

本發明目的是為了解決現有阻尼復合材料的密度大和阻尼峰值低的問題，而提供一種在特定溫度范圍內實現高阻尼特性的復合材料。

本發明高阻尼復合材料由TiNi合金纖維與基體金屬復合制成，其中基體金屬為鋁、鋁合金或鎂合金，TiNi合金纖維在高阻尼復合材料中的體積分數為30%～60%。

本發明高阻尼復合材料通過壓力浸滲法或粉末冶金法制備得到，壓力浸滲法是將預成型件與熔融合金浸滲，再冷卻，脫模，經機械加工除去模具得到復合材料。而粉末冶金法將預成型件在高溫高壓下燒結，制備得到復合材料。