一种高阻尼Mg相增强NiTi复合材料的制备方法技术

本发明专利技术属于合金材料技术领域，具体公开了一种高阻尼Mg相增强NiTi复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1、利用选择性溶解制备孔隙均匀且尺寸可控的多孔NiTi合金；S2、将Mg块在

【技术实现步骤摘要】
一种高阻尼Mg相增强NiTi复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于合金材料
，更具体地，涉及一种高阻尼Mg相增强NiTi复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]工程设计中需特别注意机械振动，其会影响机械精度并可能导致疲劳失效。机械振动可通过使用外部阻尼器或增加惯性质量来减弱，但其在轻小型结构的防振减振中并不适用，因此开发高阻尼性能、高机械强度、低密度减振材料是十分必要的。
[0003]NiTi形状记忆合金具有优异的阻尼性能，在建筑、桥梁及轨道交通领域具有广阔的应用前景。为进一步降低NiTi合金密度、提高阻尼性能，引入孔隙结构制备多孔NiTi合金是有效方法之一。然而，多孔NiTi合金中的孔隙结构使其机械强度较低，压缩强度为30MPa～290MPa。要实现低密度、高阻尼和高机械强度，可将轻质高阻尼材料与NiTi结合，开发高性能复合材料。传统的阻尼材料，如高分子聚合物，具有优良的阻尼性能，但其物理性能与金属材料相差较大，造成二者润湿关系较差，难以形成成分均匀且结构稳定的复合材料。同时，聚合物的阻尼性能是基于粘弹阻尼，其适用温度和阻尼性能强烈依赖于聚合物的玻璃化转变温度，使得其应用温度范围受限。
[0004]相较于聚合物及其他金属材料，镁(Mg)在所有低密度商业金属中表现出最高的阻尼能力，使其成为与NiTi复合的最佳候选材料之一。金属基复合材料的制备方法主要分为固相法、液相法和原位反应法。固相法一般是指粉末冶金法，其通过控制模压压力及烧结工艺可提高产品致密度，但增强相颗粒很难实现均匀分布，导致其在微观结构上不能达到完全致密化，存在孔洞缺陷。原位反应是利用金属与金属氧化物/碳化物的结合能力差异，通过置换反应形成金属基复合材料，但利用这种方法生成的增强相大多属于纳米尺度，且增强相形貌难以控制，不能充分发挥材料的性能。
[0005]无压熔渗工艺是一种新型的复合材料成型工艺，其不需外界压力，仅通过预制体毛细孔力作用，结合金属熔体自身重力作用，自发渗透至预制体内部，与基体牢固结合，形成所需的金属基复合部件。该工艺无需特殊的真空或压力设备，工艺简单，成本低廉，增强体体积分数高，近几年受到国内外广泛研究重视。然而，由于多孔NiTi合金孔隙较小，为了使Mg增强相有效且完全充填孔隙，往往会在较高的温度下进行无压熔渗，但是温度过高会导致Mg的氧化、蒸发严重，从而影响复合材料的力学性能。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种高阻尼Mg相增强NiTi复合材料的制备方法，旨在解决由于熔渗温度过高导致制备NiTi/Mg复合材料过程中Mg氧化蒸发严重的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种高阻尼Mg相增强NiTi复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1、利用选择性溶解制备孔隙均匀且尺寸可控的多孔NiTi合金；
[0009]S2、将Mg块在
‑
0.05MPa～
‑
0.01MPa氦气保护气氛中进行真空感应熔炼至熔化，并在850℃～1000℃温度下保温；
[0010]S3、将步骤S1制得的多孔NiTi合金浸入保温的Mg熔体中进行无压熔渗，冷却后制得Mg相增强NiTi复合材料。
[0011]优选地，步骤S2的具体操作为：将Mg块放入预热的坩埚中，并将其与步骤S1制得的多孔NiTi合金置于真空感应熔炼炉中，所述多孔NiTi合金悬于装有Mg块的坩埚上方，抽真空后通入氦气，将炉温逐渐升至Mg块熔化，然后继续升温至保温温度。
[0012]优选地，所述坩埚在100℃～300℃温度下预热5min～15min。
[0013]优选地，对Mg块进行真空感应熔炼时，真空度为3
×
10
‑3Pa～5
×
10
‑3Pa，所述氦气的纯度为99.999％。
[0014]优选地，步骤S3中，将所述多孔NiTi合金浸入保温的Mg熔体中20min～2h。
[0015]优选地，步骤S1制得的多孔NiTi合金的孔隙率为20％～70％，平均孔径为0.25μm～5μm。
[0016]优选地，步骤S1具体包括：
[0017]S11、配制Ni、Ti、Gd合金原料，使得各合金原料的原子个数比满足合金组成表达式Ni
48
‑
2x
Ti
44
‑
6x
Gd
8(1+x)
，其中x＝0～2；
[0018]S12、对所述合金原料进行真空电弧熔炼以制备获得具有Ni
‑
Ti和Ni
‑
Gd双相的Ni
‑
Ti
‑
Gd合金锭，对所述Ni
‑
Ti
‑
Gd合金锭进行真空感应熔炼以制备获得具有一定形状尺寸的Ni
‑
Ti
‑
Gd合金样品；
[0019]S13、将制得的Ni
‑
Ti
‑
Gd合金样品浸入酸溶液中，使得所述Ni
‑
Ti
‑
Gd合金中的Ni
‑
Gd相溶解，以此制得多孔NiTi合金。
[0020]优选地，步骤S12中，对所述Ni
‑
Ti
‑
Gd合金锭进行的真空感应熔炼为喷铸熔炼。
[0021]优选地，步骤S13中，所述酸溶液为硝酸溶液，所述硝酸溶液的浓度为2mol/L～2.5mol/L。
[0022]按照本专利技术的另一方面，还提供了一种高阻尼Mg相增强NiTi复合材料，其利用上述制备方法制备得到。
[0023]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0024](1)本专利技术先利用选择性溶解制备孔隙均匀且尺寸可控的多孔NiTi合金，再利用无压熔渗将轻质高阻尼金属镁熔入多孔NiTi合金的孔隙中；通过在氦气保护氛围下适当提高镁熔渗温度，保证了Mg增强相有效且完全充填孔隙，并有效抑制了镁的氧化蒸发，以实现制备高阻尼且优异机械性能的复合材料。
[0025](2)本专利技术通过对高频感应温度和保温时间的调控，充分改善Mg熔体与NiTi合金的润湿性，使得Mg熔体完全渗透进入具有不同孔隙结构的多孔NiTi合金中，获得结构致密的NiTi/Mg复合材料。
[0026](3)本专利技术通过选择性溶解工艺过程的调控，制备出分布均匀且孔径细小的多孔NiTi合金，通过Ni
‑
Ti
‑
Gd合金成分调控孔隙度，进而可调控NiTi/Mg复合材料中Mg相含量；通过合金冷却速度调控组成相尺寸及后续孔隙尺寸，进而可调控NiTi/Mg复合材料中的Mg
相尺寸。
[0027](4)本专利技术制得的Mg相增强NiTi复合材料在多孔金属基体内引入三维连续的金属增强相，增强相含量及尺寸可控且分布均匀，能够极大提升复合材料的强度及阻尼性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高阻尼Mg相增强NiTi复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、利用选择性溶解制备孔隙均匀且尺寸可控的多孔NiTi合金；S2、将Mg块在
‑
0.05MPa～
‑
0.01MPa氦气保护气氛中进行真空感应熔炼至熔化，并在850℃～1000℃温度下保温；S3、将步骤S1制得的多孔NiTi合金浸入保温的Mg熔体中进行无压熔渗，冷却后制得Mg相增强NiTi复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2的具体操作为：将Mg块放入预热的坩埚中，并将其与步骤S1制得的多孔NiTi合金置于真空感应熔炼炉中，所述多孔NiTi合金悬于装有Mg块的坩埚上方，抽真空后通入氦气，将炉温逐渐升至Mg块熔化，然后继续升温至保温温度。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述坩埚在100℃～300℃温度下预热5min～15min。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：对Mg块进行真空感应熔炼时，真空度为3
×
10
‑3Pa～5
×
10
‑3Pa，所述氦气的纯度为99.999％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S3中，将所述多孔NiTi合金浸入保温的Mg熔体中20min～2h。6.根据权利要求1
‑
5任一所述的制备方法，其特征在于：步骤S1制得的多孔NiTi合金的孔隙率为20％～70％，平均孔径为0.25μm～5μm。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1具体包括：S11、配制Ni、T...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭威，余圣，赵觅，吕书林，吴树森，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：