[發明專利]寬溫域輕質高強高韌NiTi形狀記憶合金復合阻尼材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201610436782.2
• 申請日: 2016-06-16
• 公開（公告）號: CN105908000B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 袁斌;楊兵;高巖;黎花;朱敏
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C14/00;C22C19/03
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本發明涉及高強高韌復合阻尼材料領域，特別涉及一種第二相與孔隙復合的輕質高強NiTi形狀記憶合金阻尼材料及其制備方法與應用。

背景技術

噪聲振動、沖擊破壞在很多領域，如航空航天，軍事、交通運輸、建筑等，普遍存在，且不可避免，這給各行各業帶來了眾多惡劣影響，甚至是嚴重的后果。一方面影響設備的精度、壽命和可靠性，嚴重的可造成貴重設備喪失功能；另一方面惡化工作環境，危害人的健康和生命。目前噪聲振動和沖擊破壞控制領域的行業發展迅速，近幾十年以來，越來越受到廣泛關注，且市場需求都是逐年高速遞增。而目前解決的辦法主要有三種，一是增加結構的質量和剛性，減小振幅；二是減少結構共振；三是采用高阻尼材料實現減震吸能。考慮到一些高速列車、城市建設、坦克裝甲、潛艇等領域的寬溫域(‐100～200℃)使用環境，且要求材料具有高強度、較高的韌性和塑性、耐腐蝕性、防火性能和長壽命等特性，有機粘彈性材料由于其低熔點、低強度以及不可重復使用等缺點，已經不再適合在這些特殊場合使用，開發出高阻尼合金材料勢在必行。目前常用的高阻尼合金有四大類，鎂合金輕質高強，但耐腐蝕性較差；鐵磁型的合金價格低廉強度高，但受磁場影響嚴重，應用場合受到很大局限；復相型的灰鑄鐵和鋅鋁合金減震性能差，強度低，不適合高溫使用。形狀記憶合金依靠界面運動的粘滯性吸能，高阻尼高強韌，且形變可恢復，循環變形能力好，使得其在減震抗噪、抗沖擊領域有著巨大的應用前景。

目前，已經開發出來的記憶合金(主要包括NiTi基、Cu基和Fe基)中，NiTi記憶合金被認為是最具應用價值的一種，這是因為它具有最優的綜合力學性能，穩定的形狀記憶效應和超彈性、優異的耐腐蝕和疲勞性能。這使得NiTi記憶合金已經在工業領域和生物醫學領域，有著廣泛的應用。然而，在眾多的應用場合還要求部件輕量化，以達到節省能源的目的。因此，有研究將孔隙引入到多孔NiTi記憶合金中，從而制備出多孔NiTi形狀記憶合金，以此減輕重量。與此同時，多孔材料受到外界沖擊破壞時，可以利用其孔棱的彎曲和坍塌也可消耗大量能量，并在減震降噪和抗沖擊領域也有著廣泛的應用。然而，孔隙的引入會降低多孔NiTi記憶合金的強度和塑性，特別是在高孔隙率下，其強度很低，且材料變得很脆，喪失致密NiTi合金所具有高強高韌的優點。

能否將第二相和孔隙聯合引入NiTi形狀記憶合金，制備出高強和高韌的輕質多孔NiTi形狀記憶合金復合材料，且阻尼性能優異，這將會具有重要的應用價值。

發明內容

為了克服現有技術的缺點與不足，本發明的目的在于提供一種第二相與孔隙復合的輕質高阻尼NiTi形狀記憶合金復合材料及其制備方法，在寬溫域內(‐100℃～200℃)均展現高強度、高塑性和優異的阻尼性能。

本發明的另一目的在于提供上述方法得到的輕質高阻尼NiTi形狀記憶合金復合材料的應用。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

寬溫域輕質高強高韌NiTi形狀記憶合金復合阻尼材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)混粉：將純鎳粉和純鈦粉按原子比(100‐x)：x混合均勻，x為52～64；將混合好的粉末壓制成型，得到生坯；

(2)燒結：將步驟(1)壓制好的生坯放入高溫爐中，先抽真空至0.01Pa以下，充入保護氣體進行保護燒結，控制燒結溫度為1000～1200℃，燒結時間為5～20小時，燒結完成后，產物隨爐冷卻至室溫，得到第二相與孔隙復合的輕質高強高韌NiTi形狀記憶合金復合阻尼材料。

為進一步實現本發明目的，優選地，所述的純鈦粉的純度99.5％以上，顆粒尺寸50～75μm；所述的純鎳粉的純度99.5％以上，顆粒尺寸為50～75μm。

優選地，步驟(1)所述混合是采用球磨法或常規混粉法進行混合。

優選地，步驟(1)所述壓制成型是采用模壓法進行；所述壓制成型的壓力為50～600MPa，溫度為30～100℃，時間3～15分鐘。

優選地，步驟(1)生坯中還包括造孔劑；造孔劑加入方式為純鎳粉和純鈦粉按原子比(100‐x)：x混合均勻后包括加入造孔劑，造孔劑與鎳鈦混合粉混合均勻，或者是純鎳粉和純鈦粉以及造孔劑混合均勻；將混合好的粉末壓制成型，得到生坯；所述的造孔劑為碳酸氫氨或尿素，純度在99％以上，顆粒尺寸100～500μm；造孔劑的加入量為鎳鈦混合粉質量的0～50％；加入造孔劑且壓制好的生坯放入高溫爐中，先抽真空至0.01Pa以下，并一直保持真空度，然后進行預燒結除造孔劑，獲得多孔生坯再燒結。