專利名稱：大尺寸高減振性能的多孔Ti-Ni減振合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高減振性能的多孔合金，具體地說是設(shè)計(jì)了一種大尺寸高減振性能的Ti-Ni多孔合金的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的發(fā)展及社會(huì)的進(jìn)步，劇烈振動(dòng)引起的材料破壞、材料使用壽命下降等問題日益受到人們的重視。尤其在一些存在著較大機(jī)械噪聲的大型設(shè)備中，急需減振性能高的減震材料，減小噪聲的傳遞，從而降低噪聲污染，同時(shí)也能增加設(shè)備的精密度及使用壽命。多孔Ti-Ni合金是從生物醫(yī)用植入材料而發(fā)展起來的，其除具有較高的生物相容性之外，還具有輕質(zhì)、高強(qiáng)等特征。近些年，由于多孔Ti-M合金同時(shí)具有馬氏體相變特性以及多孔的微觀組織結(jié)構(gòu)，擁有很好的阻尼減振性能，所以在減振領(lǐng)域也吸引了廣泛的注意。但是，目前為止，多孔Ti-M合金在工程領(lǐng)域仍然無法得到使用，其主要原因在利用普通方法制備的多孔合金最大直徑也僅為Φ 25 μ m左右，無法作為大型工程零部件使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大尺寸高減震性能的多孔Ti-Ni形狀記憶合金的的制備方法。通過調(diào)整制備工藝，并采用新的頂端楔形點(diǎn)火方式，研制出一種孔隙均勻，性能優(yōu)良的高減振的Ti-Ni合金。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是1)利用旋轉(zhuǎn)式圓筒混料器將鎳粉和鈦粉進(jìn)行均勻混合M-48小時(shí)，同時(shí)加入直徑為Φ IOmm的不銹鋼球，球料比為G 1)-(8 1)；2)混合均勻的粉末利用底部振動(dòng)的方法或者利用壓制的方法成型于一定形狀的模具中，形成孔隙度50-60%的坯料；3)在模具的頂端點(diǎn)火位置，設(shè)計(jì)成錐體，角度在10 80°之間；4)將坯料放入廂式電阻爐中均勻加熱至400°C 420°C下進(jìn)行預(yù)熱；5)利用鎢絲弧光放電，在錐體的頂端進(jìn)行點(diǎn)火，并利用燃燒波的傳播，使得坯料開始燃燒合成。6)燃燒合成后的清除模具，切除頂端點(diǎn)火錐體，獲得成品。本發(fā)明中，按原子百分比計(jì)，TiNi減振合金的化學(xué)成分如下Ti :48. 50. Oat. %，余量 Ni。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明采用頂端立式錐形點(diǎn)火的設(shè)計(jì)，可以利用燃燒合成的方法，通過燃燒波的傳導(dǎo)，制備大尺寸的多孔Ti-Ni合金，其直徑在Φ 50mm以上，孔隙度55%以上，開孔孔隙度約為90%以上。其室溫奧氏體壓縮屈服強(qiáng)度可達(dá)到lOOMPa，壓縮應(yīng)變可達(dá)35%以上，阻尼性能為0. 02以上。
2、本發(fā)明Ti-Ni減振合金的直徑可在Φ 50mm以上，主要用于制作工程領(lǐng)域中大型減振零部件，如減振底座等。


圖1燃燒合成制備多孔Ti-Ni的流程圖。圖2錐體角度為10°的頂端立式錐形點(diǎn)火模具(不銹鋼材料)。圖3實(shí)施方式1制備的直徑為Φ 500mm的多孔Ti-Ni合金宏觀形貌圖。圖4直徑為Φ 500mm的多孔Ti-Ni合金的壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線。圖5大尺寸多孔Ti-Ni合金的阻尼應(yīng)變曲線。圖6錐體角度為30°的頂端立式錐形點(diǎn)火模具(石英材料)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 如圖1所示，燃燒合成多孔Ti-Ni合金的工藝流程具體如下1)本實(shí)施例中，Ti-Ni合金的Ti含量為49. Oat. %，余量Ni。將Ti粉(80 100 μ m)、Ni粉(3 5 μ m)放入圓筒型混料器中進(jìn)行48h的旋轉(zhuǎn)混料，同時(shí)加入直徑為IOmm 的不銹鋼球，球料比為G 1)-(8 1)，本實(shí)施例為8 1(圖1)。2)將混合均勻的混合粉放入真空容器中進(jìn)行干燥處理，減少粉末表面吸附的氣體。干燥溫度約為95°C 士 10°C，時(shí)間為^i±30min。3)按照?qǐng)D2加工頂端立式錐形點(diǎn)火模具，該模具為筒體頂端設(shè)有中心開孔的錐體結(jié)構(gòu)，錐體角度為10° (錐面與水平方向的夾角)，材料為2mm厚的不銹鋼焊制而成。4)利用漏斗將干燥后的混合均勻粉末填入圖2所示的模具中，利用底部振動(dòng)的方法，密實(shí)化混合粉末，同時(shí)反復(fù)添加混合粉末，直至充滿整個(gè)模具，形成坯料，所得坯料的孔隙度約為陽(yáng)％。5)燃燒合成后的清除模具，切除頂端點(diǎn)火錐體，獲得成品。6)將廂式電阻爐升溫至520°C 士 10°C，并使其溫度場(chǎng)保持均勻。將成型后的坯料連同模具一起放入爐中，將點(diǎn)火位置向上，將坯料放入廂式電阻爐中均勻加熱至400°C 420°C下進(jìn)行預(yù)熱。7)當(dāng)坯料溫度達(dá)到預(yù)期的預(yù)熱溫度時(shí)，利用鎢絲的輝光放熱，在錐體的頂端進(jìn)行點(diǎn)火，利用燃燒波的傳播，使得坯料開始燃燒合成。由于持續(xù)的放熱反應(yīng)燃燒波將沿著錐體向下蔓延，從而使得整個(gè)坯料全部燃燒。8)樣品冷卻后，破壞不銹鋼模具，將模具清除；同時(shí)，切除頂端點(diǎn)火錐體，獲得直徑為500mm，高度約IOOmm的大尺寸多孔Ti-Ni合金。圖3為利用上述工藝制備出直徑為500mm的大尺寸多孔Ti-Ni合金?？梢钥闯?， 整個(gè)多孔合金燃燒的非常充分，孔隙也較為均勻。雖然部分區(qū)域出現(xiàn)熱裂紋，但是橫向解剖的過程發(fā)現(xiàn)，裂紋較淺，并未貫穿整個(gè)多孔合金。根據(jù)公式⑴來計(jì)算多孔合金的孔隙度P P = (l-p/p0) X100%(2-2)其中，ρ是多孔MTi合金的密度，通過測(cè)量體積與質(zhì)量的關(guān)系獲得；P ^為致密態(tài)Ti-Ni合金的密度(6. 44g/cm3)。最終經(jīng)計(jì)算，該大尺寸多孔Ti-Ni合金的孔隙度為64%，選取Φ 20mmX 20mm的柱體，利用阿基米德排水法測(cè)定其開孔孔隙度為95%。利用線切割沿燃燒方向取出cinOmmXSmm的柱狀試樣，在島灃力學(xué)測(cè)量?jī)x上進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，應(yīng)變速率為10_7s。數(shù)字采集應(yīng)力-應(yīng)變曲線，測(cè)得多孔Ti-Ni形狀記憶合金的名義壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖4所示。由圖可見，多孔Ti-Ni合金的壓縮曲線大致可分為三個(gè)階段。首先是線彈性階段，應(yīng)力和應(yīng)變呈現(xiàn)線性關(guān)系，從圖中可以看出，多孔合金的壓縮應(yīng)力約為90MPa，壓縮應(yīng)變約為32%。實(shí)際上，在出現(xiàn)壓縮平臺(tái)的過程中，僅僅是部分孔隙的坍塌，多孔Ti-Ni合金的整體并沒有完全失效。因此，多孔Ti-Ni合金在應(yīng)用的過程中可以承受大于7%壓縮應(yīng)變的作用。圖5為該大尺寸多孔Ti-Ni形狀記憶合金的應(yīng)變振幅與內(nèi)耗之間的關(guān)系曲線。測(cè)量溫度為37°C，頻率為1Hz。為了能夠體現(xiàn)低應(yīng)變振幅下內(nèi)耗的變化規(guī)律，橫軸采用對(duì)數(shù)的方式。從圖中可以看出多孔Ti-M合金的內(nèi)耗在開始的低應(yīng)變振幅階段幾乎保持不變；隨著應(yīng)變振幅的增加，內(nèi)耗開始迅速增大，隨后增加的速度變緩。當(dāng)壓縮應(yīng)變達(dá)到0. 時(shí)，多孔合金的阻尼值即可達(dá)到0. 02以上，這一數(shù)值遠(yuǎn)高于普通的阻尼材料。實(shí)施例2 采用實(shí)施方式1中同樣的制備過程，但采用圖6中的模具，模具頂端的錐體角度為30°，模具底端開口，模具材料為石英玻璃。與實(shí)施方式1中步驟4不同之處在于，坯體成型的過程中，利用橡木塞將模具上端封閉，倒置模具，填入混合均勻的粉體，加壓壓力為30MPa。然后反復(fù)添加粉末，直至充滿整個(gè)模具，所得坯料的孔隙度約為55%。然后倒置，放入廂式爐中預(yù)熱，去除橡木塞，上端點(diǎn)火。燃燒合成后樣品的尺寸為Φ80πιπι，高100mm。經(jīng)測(cè)量，利用本實(shí)施方式所制備的材料孔隙度為58%，開孔孔隙度90%，壓縮強(qiáng)度120MPa，壓縮應(yīng)變?yōu)?8%，阻尼值為0.015。
權(quán)利要求
1.一種大尺寸高減振性能的多孔Ti-Ni減振合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟1)利用旋轉(zhuǎn)式圓筒混料器將鎳粉和鈦粉進(jìn)行均勻混合M-48小時(shí)，同時(shí)加入直徑為 Φ IOmm的不銹鋼球，球料比為G 1)-(8 1)；2)混合均勻的粉末利用底部振動(dòng)的方法或者利用壓制的方法成型于模具中，形成孔隙度50-60%的坯料；3)在模具的頂端點(diǎn)火位置，設(shè)計(jì)成錐體，錐體角度在10 80°之間；4)將坯料放入廂式電阻爐中均勻加熱至400°C 420°C下進(jìn)行預(yù)熱；5)利用鎢絲弧光放電，在錐體的頂端進(jìn)行點(diǎn)火，并利用燃燒波的傳播，使得坯料開始燃燒合成；6)燃燒合成后的清除模具，切除頂端點(diǎn)火錐體，獲得成品。
2.按照權(quán)利要求1所述的大尺寸高減振性能的多孔Ti-Ni減振合金的制備方法，其特征在于，按原子百分比計(jì)，合金化學(xué)成分如下Ti 48. 0 50. Oat. %，余量 Ni。
3.按照權(quán)利要求1所述的大尺寸高減振性能的多孔Ti-Ni減振合金的制備方法，其特征在于，多孔Ti-Ni減振合金在進(jìn)行燃燒合成時(shí)，坯料的模具材料為不銹鋼或石英材料。
4.按照權(quán)利要求1所述的大尺寸高減振性能的多孔Ti-Ni減振合金的制備方法，其特征在于，多孔Ti-Ni減振合金的直徑在Φ 50mm以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高減振性能的多孔合金，具體地說是設(shè)計(jì)了一種大尺寸高減振性能的Ti-Ni多孔合金的制備方法。本發(fā)明采用頂端立式錐形點(diǎn)火的設(shè)計(jì)，可以利用燃燒合成的方法，通過燃燒波的傳導(dǎo)，制備大尺寸的多孔Ti-Ni合金，其直徑在φ50mm以上，孔隙度55％以上，開孔孔隙度約為90％以上。其室溫奧氏體壓縮屈服強(qiáng)度可達(dá)到100MPa，壓縮應(yīng)變可達(dá)35％以上，阻尼性能為0.02以上。本發(fā)明多孔減振合金直徑可達(dá)到φ50mm以上，主要用于制作工程領(lǐng)域中大型減振部件。
文檔編號(hào)C22C1/08GK102560173SQ20101057941
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者劉樹偉, 吳成義, 姜海昌, 戎利建, 趙明久, 閆德勝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所