TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料的制备方法技术

本发明专利技术TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料的制备方法，涉及阻尼材料的制造，通过制备多孔TiNiCu形状记忆合金并在其孔洞中填充金属Mg制得TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料即Mg/TiNiCu，克服了现有的多孔TiNiCu形状记忆合金制备方法中孔隙率和孔径及孔型均难以控制、现有的将Mg引入多孔合金中的技术不可用于Mg对多孔TiNiCu合金的填充、以及合金产品的阻尼性能及其他力学性能尚需提高的缺陷。

Method for preparing TiNiCu shape memory alloy base damping composite material

The invention relates to a preparation method of TiNiCu based shape memory alloy composite damping materials, damping materials relating to manufacturing, through the preparation of porous TiNiCu shape memory alloy and metal Mg prepared TiNiCu based damping of shape memory alloy composite material Mg/TiNiCu is filled in the hole, to overcome the existing porous TiNiCu shape memory alloy preparation method in porosity and the aperture and pass are difficult to control, the existing defects will be Mg into porous alloy in technology can be used for the Mg on the damping properties of porous TiNiCu alloy filler, and alloy products and other mechanical properties still need to be improved.

【技术实现步骤摘要】
TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料的制备方法
本专利技术的技术方案涉及阻尼材料的制造，具体地说是TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料的制备方法。
技术介绍
随着社会的发展，机械设备趋于高速、高效和自动化，随之引起的振动、噪声和疲劳断裂问题亦越来越突出。振动和噪声限制机械设备性能的提高，严重破坏机械设备运行的稳定性和可靠性，并污染环境，危害人们的身心健康，因此减振降噪，改善人机工作环境是一个亟待解决的关键问题。为此，人们研究并开发出了多种解决工程中振动和噪声问题的方法和技术措施，其中阻尼技术是控制结构共振和噪声的最有效的方法。阻尼材料的开发就是从材料角度实现上述功能的重要措施之一。由Cu原子部分替代近等原子比NiTi合金中的Ni原子而制成的TiNiCu合金是一类综合性能优异的新型的形状记忆合金。与NiTi合金相比，该类合金除同样具有优良的形状记忆效应及阻尼性能外，更具有稳定的马氏体转变温度、高的抗腐蚀性能、强的抑制Ni4Ti3相析出的能力以及低的生产成本。该类合金未来的应用领域将极其广泛，包括电子、机械、宇航、运输、建筑、化学、医疗、能源、家电以及日常生活用品等，几乎涉及产业界的所有领域。由于现代工业的发展是以构件设计轻量化、高强度化、运行高速化为特点，因此为拓宽使用范围，高阻尼材料还必须兼有低的密度和高的力学性能。文献(HongjieJiang,ChangboKe,ShanshanCao,etal.PhasetransformationanddampingbehavioroflightweightporousNiTiCualloysfabricatedbypowdermetallurgyprocess,Trans.NonferrousMet.Soc.China,2013,23:2029-2036)披露了一种多孔TiNiCu形状记忆合金的制备方法，其利用孔洞效应成功实现了材料的轻量化及高阻尼化。然而，利用该文献所披露的工艺制得的多孔NiTiCu形状记忆合金的孔隙率、孔径、孔型均难以精确控制，且孔隙的存在会严重削弱NiTiCu形状记忆合金的力学性能，即难以满足上述高强度化的需求。因此，在多孔形状记忆合金的孔洞中填充第二相以提高其力学性能，是发展综合性能优异的高阻尼材料的必由之路。CN102808101A披露了多孔铜基形状记忆合金基阻尼复合材料的制备方法，是一种在多孔Cu基形状记忆合金中填充高分子的方法，利用该方法进一步提高了多孔形状记忆合金的阻尼性能，同时亦在一定程度上克服了多孔形状记忆合金在外加载荷下易在孔壁边缘产生应力集中或微裂纹的缺点，然而由于高分子材料的力学性能本身较差，其对上述多孔Cu基形状记忆合金力学性能的提高仍然有限。CN101407867A披露了一种向多孔NiTi合金中引入Mg或Mg合金的方法，其制得的产品比普通多孔NiTi合金具有更高的强度与阻尼能力。然而直接采用CN101407867A所披露的方法并不能实现Mg对TiNiCu合金的填充，因为TiNiCu合金与NiTi合金在性质上并不相同，TiNiCu合金中的Cu相在高温下极易与Mg反应，若直接采用CN101407867A的方法，所得复合体系由于Cu与Mg间的过量反应，填充相及基体相均会遭到严重破坏而不可能形成实用的材料。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料的制备方法，通过制备多孔TiNiCu形状记忆合金并在其孔洞中填充金属Mg制得TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料即Mg/TiNiCu，克服了现有的多孔TiNiCu形状记忆合金制备方法中孔隙率和孔径及孔型均难以控制、现有的将Mg引入多孔合金中的技术不可用于Mg对多孔TiNiCu合金的填充、以及合金产品的阻尼性能及其他力学性能尚需提高的缺陷。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料的制备方法，通过制备多孔TiNiCu形状记忆合金并在其孔洞中填充金属Mg制得TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料即Mg/TiNiCu，具体步骤如下：第一步，原料的配置：称取需要量的钛粉、镍粉和铜粉，按照Ni、Ti、Cu原子百分比分别为29～31％、50％、19～21％进行配料混合，然后将混合粉置于不锈钢球磨罐中，注满无水乙醇后密封，在行星式球磨机上球磨5～7小时，球磨中采用的球料比为10∶1，球磨机的转速为300转/分钟，之后，将球磨好的TiNiCu混合粉取出并置于滤纸上静置3～5分钟，完成原料的配置，待用；第二步，多孔TiNiCu形状记忆合金的制备：将第一步配置的TiNiCu混合粉与平均粒径为0.4～1.0mm的去结晶水NaCl颗粒均匀混合，去结晶水NaCl颗粒的用量为其占混合粉与去结晶水NaCl颗粒混合物的体积百分比的60～80％，将该混合物在混料机中混合30～60min后装入内壁涂覆硬脂酸锌的不锈钢模具中，单向加压300～360MPa制得生坯，之后将该生坯装入氧化铝坩埚，并置于管式真空烧结炉中，待炉内真空抽至5～10Pa后，以4～8℃/分钟的速率加热至770～790℃，保温1～2小时后，再以8～15℃/分钟的速率加热至940～1000℃，保温2～3小时后随炉冷却至室温，将烧结体从炉内取出，置于超声波水浴中清洗20～30分钟后烘干，制得多孔TiNiCu形状记忆合金成品；第三步，TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料成品的制备：将第二步制备得的多孔TiNiCu形状记忆合金成品切去上下表层后置于丙酮中，超声清洗50～60分钟，烘干，然后取同等体积的块状纯Mg置于其顶部，用氧化铝陶瓷片分别于上下两面夹持后再用Mo丝整体捆绑，然后将此整体捆绑的体系装入氧化铝坩埚，并将该坩埚置于管式真空烧结炉的炉管中，待炉内真空抽至5Pa后充入高纯氩气然后再次将真空抽至5Pa，如此操作重复2～4次后以4～8℃/分钟的速率加热至675～710℃，保温18～22分钟，使纯Mg熔融并渗入多孔TiNiCu形状记忆合金的孔隙之中，然后将炉管移出管式真空烧结炉的炉膛，冷却至室温，由此制得TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料即Mg/TiNiCu成品。上述TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料的制备方法，所述制得的TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料成品中纯Mg的体积分数为60～80％，纯Mg粒径为0.4～1.0mm。上述TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料的制备方法，其中所用原料均为商购获得，工艺和设备均为本
公知的。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术具有的突出的实质性特点和显著进步如下：(1)本专利技术与现有技术CN101407867A相比，具有突出的实质性的特点是：首先两者的基体材料并不相同。现有技术CN101407867A所采用的基体为多孔NiTi合金，其孔隙率为20～40％。而本专利技术所采用的基体材料为多孔TiNiCu合金，其孔隙率为60～80％，且由于两者孔的形成机理不同，所以孔径及孔型亦完全不同，从而高温下Mg熔体渗入过程并不相同；其次，两者工艺条件不同。本专利技术中为了避免Cu与Mg的过量反应而专门针对多孔TiNiCu合金的更大的孔隙率、更宽的渗入通道等结构特征通过大量艰苦实验而采用了较低的熔渗温度、显著缩短的熔渗时间，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料的制备方法，其特征在于：通过制备多孔TiNiCu形状记忆合金并在其孔洞中填充金属Mg制得TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料即Mg/TiNiCu，具体步骤如下：第一步，原料的配置：称取需要量的钛粉、镍粉和铜粉，按照Ni、Ti、Cu原子百分比分别为29～31%、50%、19～21%进行配料混合，然后将混合粉置于不锈钢球磨罐中，注满无水乙醇后密封，在行星式球磨机上球磨5～7小时，球磨中采用的球料比为10∶1，球磨机的转速为300转/分钟，之后，将球磨好的TiNiCu混合粉取出并置于滤纸上静置3～5分钟，完成原料的配置，待用；第二步，多孔TiNiCu形状记忆合金的制备：将第一步配置的TiNiCu混合粉与平均粒径为0.4～1.0mm的去结晶水NaCl颗粒均匀混合，去结晶水NaCl颗粒的用量为其占混合粉与去结晶水NaCl颗粒混合物的体积百分比的60～80%，将该混合物在混料机中混合30～60 min后装入内壁涂覆硬脂酸锌的不锈钢模具中，单向加压300～360MPa制得生坯，之后将该生坯装入氧化铝坩埚，并置于管式真空烧结炉中，待炉内真空抽至5～10 Pa后，以4～8℃/分钟的速率加热至770～790℃，保温1～2小时后，再以8～15℃/分钟的速率加热至940～1000℃，保温2～3小时后随炉冷却至室温，将烧结体从炉内取出，置于超声波水浴中清洗20～30分钟后烘干，制得多孔TiNiCu形状记忆合金成品；第三步，TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料成品的制备：将第二步制备得的多孔TiNiCu形状记忆合金成品切去上下表层后置于丙酮中，超声清洗50～60分钟，烘干，然后取同等体积的块状纯Mg置于其顶部，用氧化铝陶瓷片分别于上下两面夹持后再用Mo丝整体捆绑，然后将此整体捆绑的体系装入氧化铝坩埚，并将该坩埚置于管式真空烧结炉的炉管中，待炉内真空抽至5Pa后充入高纯氩气然后再次将真空抽至5Pa，如此操作重复2～4次后以4～8℃/分钟的速率加热至675～710℃，保温18～22分钟，使纯Mg熔融并渗入多孔TiNiCu形状记忆合金的孔隙之中，然后将炉管移出管式真空烧结炉的炉膛，冷却至室温，由此制得TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料即Mg/TiNiCu成品。...

【技术特征摘要】
2017.02.25 CN 20171010517141.TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料的制备方法，其特征在于：通过制备多孔TiNiCu形状记忆合金并在其孔洞中填充金属Mg制得TiNiCu形状记忆合金基阻尼复合材料即Mg/TiNiCu，具体步骤如下：第一步，原料的配置：称取需要量的钛粉、镍粉和铜粉，按照Ni、Ti、Cu原子百分比分别为29～31%、50%、19～21%进行配料混合，然后将混合粉置于不锈钢球磨罐中，注满无水乙醇后密封，在行星式球磨机上球磨5～7小时，球磨中采用的球料比为10∶1，球磨机的转速为300转/分钟，之后，将球磨好的TiNiCu混合粉取出并置于滤纸上静置3～5分钟，完成原料的配置，待用；第二步，多孔TiNiCu形状记忆合金的制备：将第一步配置的TiNiCu混合粉与平均粒径为0.4～1.0mm的去结晶水NaCl颗粒均匀混合，去结晶水NaCl颗粒的用量为其占混合粉与去结晶水NaCl颗粒混合物的体积百分比的60～80%，将该混合物在混料机中混合30～60min后装入内壁涂覆硬脂酸锌的不锈钢模具中，单向加压300～360MPa制得生坯，之后将该生坯装入氧化铝坩埚，并置于管式真空烧结炉中，待炉内真空抽至5～10Pa后...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清周，李波，李楠，崔春翔，殷福星，郭英楠，邓成龙，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12