一种宽温度区间高阻尼响应钛镍合金基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种宽温度区间高阻尼响应钛镍合金基复合材料的制备方法，该方法包括：一、将钛镍箔材切割成薄片后预处理得到预处理后的钛镍箔材；二、将氧化石墨烯分散到无水乙醇中并加入硝酸铝得到电泳沉积液；三、将预处理后的钛镍箔材放置于电泳沉积液中沉积得到钛镍合金沉积箔材；四、将钛镍合金沉积箔材堆叠后烧结得到钛镍合金基复合材料。本发明专利技术将氧化石墨烯分层引入到钛镍合金中形成多尺度的层级结构，通过控制界面反应条件，保留了氧化石墨烯的本征多层结构，且钛镍合金基复合材料中具有本征阻尼、相变阻尼与界面阻尼等多种阻尼增强机制的混杂增强作用，提升了钛镍合金基复合材料在宽温度区间的阻尼响应，拓宽了服役条件。条件。条件。

【技术实现步骤摘要】
一种宽温度区间高阻尼响应钛镍合金基复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于阻尼材料的设计及制备
，具体涉及一种宽温度区间高阻尼响应钛镍合金基复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着科学技术的日新月异，航空、航天技术的发展逐渐成为衡量大国科技实力的硬指标。新型高性能航空、航天材料的设计与研发已成为推动航空、航天技术的重要推手。以往对航空、航天材料的研发多追求对强度的提升。然而，作为航空航天用金属，只追求高的力学性能是远远不够的，航天器在飞行过程中由于发动机工作和气动噪声等原因，会产生严重的宽频带随机振动和噪声环境，使结构出现疲劳失效和动态失稳，严重影响设备的工作精度和可靠性。因此，航空航天用材料对阻尼性能即减振、隔振特性也尤为看重。
[0003]在众多的金属阻尼材料中，钛镍合金由于具有独特的形状记忆效应和超弹性、高的阻尼性能以及优异的强塑性匹配，在航空航天器件、生物医学和机械电子领域已得到广泛应用。然而，作为阻尼用材料，钛镍合金在宽温度范围下的使用也存在一定限制。其原因为钛镍合金是一种孪晶型阻尼合金，其在低温下的组织为单斜结构的B19'马氏体相，当温度高于马氏体逆转变开始温度时，马氏体相转变为体心立方结构的B2奥氏体相。钛镍合金中的奥氏体相由于缺少变体之间的界面运动耗能，且位错密度较低，所以其本征阻尼性能较低。航空航天用材料的使用温度环境复杂，如何使钛镍合金实现宽温度区间下的高阻尼响应仍是目前阻尼材料设计的要点。
[0004]氧化石墨烯是一种由叠层石墨烯组成的天然层状材料，其层间距离为0.34nm，且由弱范德华力相互连接，因此在交变载荷作用下层间极易滑移并吸收振动能量。此外，D.Lahiri(ACS Nano(2012)3992
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4000)与Y.J.Su(CARBON 50(2012)2804
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2809)等人也在研究中发现，石墨烯的阻尼性能随着层数的增加而提高，且在较高的温度下具有更为优异的阻尼特性，这为氧化石墨烯可作为多层界面阻尼机制增强相的可行性提供了依据。然而，利用氧化石墨烯多尺度层级结构提升钛镍合金阻尼性能还未见报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种宽温度区间高阻尼响应钛镍合金基复合材料的制备方法。该方法将氧化石墨烯分层引入到钛镍合金中，在钛镍合金基复合材料中形成多尺度的层级结构，通过控制界面反应条件，最大程度地保留氧化石墨烯的本征多层结构，且钛镍合金基复合材料中同时具有本征阻尼、相变阻尼与界面阻尼等多种阻尼增强机制的混杂增强作用，极大地提升了钛镍合金基复合材料在宽温度区间的阻尼响应，充分拓宽了钛镍合金基复合材料的服役条件。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种宽温度区间高阻尼响应钛镍合金基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、钛镍箔材的预处理：采用线切割将钛镍箔材切割成薄片，并依次采用500
目、1000目和1500目的金相砂纸进行表面打磨，然后依次放入酸溶液中进行酸洗、置于去离子水中进行冲洗，并对残留酸洗液进行中和处理，再采用无水乙醇进行超声清洗，经烘干后得到预处理后的钛镍箔材；
[0008]步骤二、电泳沉积液的制备：将氧化石墨烯加入到无水乙醇中进行超声分散，得到稳定的氧化石墨烯/无水乙醇悬浊液，然后将硝酸铝颗粒加入到氧化石墨烯/无水乙醇悬浊液中搅拌均匀，得到电泳沉积液；
[0009]步骤三、钛镍合金沉积箔材的制备：将步骤一中得到的预处理后的钛镍箔材放置于步骤二中得到的电泳沉积液中进行沉积，在预处理后的钛镍箔材的表面沉积氧化石墨烯层，得到钛镍合金沉积箔材；
[0010]步骤四、钛镍合金基复合材料的制备：将步骤三中得到的钛镍合金沉积箔材沿着相同氧化石墨烯层的方向逐层平铺堆叠，且在最外层氧化石墨烯层上平铺堆叠步骤一中得到的预处理后的钛镍箔材，得到叠层箔材，然后将叠层箔材置于石墨模具中进行放电等离子烧结，得到钛镍合金基复合材料；所述钛镍合金基复合材料在
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20℃、25℃和200℃的阻尼因子分别达0.089、0.128和0.034。
[0011]现有阻尼材料的设计多注重利用增强相本征阻尼或结构阻尼中的某一种机制提升特定温度下的阻尼性能，因此难以实现宽温度区间的高阻尼响应。本专利技术为弥补以上不足，首先采用电泳沉积的方法将氧化石墨烯均匀沉积到预处理后的钛镍箔材的表面，得到钛镍合金沉积箔材，然后沿着相同氧化石墨烯层的方向逐层平铺堆叠且在最外层氧化石墨烯层上平铺堆叠预处理后的钛镍箔材，得到叠层箔材，保证了叠层箔材的底层和顶层均为钛镍箔材，经烧结后获得钛镍合金基复合材料。本专利技术将氧化石墨烯分层引入到钛镍合金中，通过控制界面反应条件，最大程度地保留了氧化石墨烯的本征多层结构，在交变载荷下，氧化石墨烯的本征多层结构会发生层间滑移并吸收振动能量，从而实现钛镍合金基复合材料在宽温度区间下的高阻尼响应；同时，本专利技术得到的钛镍合金基复合材料中同时具有多尺度的层级结构，即氧化石墨烯中单层碳原子之间的原子层级结构、沉积层中相邻氧化石墨烯之间的纳米层级结构、相邻钛镍箔材之间的微米层级结构，多尺度的层级结构界面在振动过程中的协调作用可进一步提高钛镍合金基复合材料阻尼性能；因此，本专利技术制备的钛镍合金基复合材料在宽温度区间具有高阻尼响应，充分拓宽了钛镍合金基复合材料的服役条件。
[0012]上述的一种宽温度区间高阻尼响应钛镍合金基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛镍箔材在室温下具有超弹性特性，可回复应变应大于6％。本专利技术采用上述具有超弹性特性的钛镍箔材，保证了制备的钛镍合金基复合材料在室温下兼具优异的阻尼性能与拉伸屈服强度。
[0013]上述的一种宽温度区间高阻尼响应钛镍合金基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述薄片的形状为矩形、圆形或三角形；所述酸溶液由HF、HNO3和H2O按照1:3:10的体积比组成，酸洗的时间为5s～10s；所述超声清洗的时间为5min～10min。上述优选的酸溶液和酸洗时间，可有效完全消除薄片表面的氧化膜，有利于后续烧结结合，且避免薄片过度腐蚀影响电泳沉积过程中氧化石墨烯的吸附；优选的超声清洗时间可充分中和薄片表面酸溶液，有助于氧化石墨烯的均匀沉积。另外，薄片的形状可根据钛镍合金基复合材料的要求进行调节，除了采用矩形，还可采用圆形、三角形等形状。
[0014]上述的一种宽温度区间高阻尼响应钛镍合金基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述氧化石墨烯的片径为1μm～3μm，厚度为1nm～5nm，且具有多层结构。本专利技术优选采用上述片径与厚度的氧化石墨烯，保证了钛镍合金基复合材料在交变载荷的作用下含有更多的可动界面，有利于提升钛镍合金基复合材料的阻尼特性。
[0015]上述的一种宽温度区间高阻尼响应钛镍合金基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述电泳沉积液中氧化石墨烯的质量与无水乙醇的体积之比为0.25～0.75:1，质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽温度区间高阻尼响应钛镍合金基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、钛镍箔材的预处理：采用线切割将钛镍箔材切割成薄片，并依次采用500目、1000目和1500目的金相砂纸进行表面打磨，然后依次放入酸溶液中进行酸洗、置于去离子水中进行冲洗，并对残留酸洗液进行中和处理，再采用无水乙醇进行超声清洗，经烘干后得到预处理后的钛镍箔材；步骤二、电泳沉积液的制备：将氧化石墨烯加入到无水乙醇中进行超声分散，得到稳定的氧化石墨烯/无水乙醇悬浊液，然后将硝酸铝颗粒加入到氧化石墨烯/无水乙醇悬浊液中搅拌均匀，得到电泳沉积液；步骤三、钛镍合金沉积箔材的制备：将步骤一中得到的预处理后的钛镍箔材放置于步骤二中得到的电泳沉积液中进行沉积，在预处理后的钛镍箔材的表面沉积氧化石墨烯层，得到钛镍合金沉积箔材；步骤四、钛镍合金基复合材料的制备：将步骤三中得到的钛镍合金沉积箔材沿着相同氧化石墨烯层的方向逐层平铺堆叠，且在最外层氧化石墨烯层上平铺堆叠步骤一中得到的预处理后的钛镍箔材，得到叠层箔材，然后将叠层箔材置于石墨模具中进行放电等离子烧结，得到钛镍合金基复合材料；所述钛镍合金基复合材料在
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20℃、25℃和200℃的阻尼因子分别达0.089、0.128和0.034。2.根据权利要求1所述的一种宽温度区间高阻尼响应钛镍合金基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛镍箔材在室温下具有超弹性特性，可回复应变应大于6％。3.根据权利要求1所述的一种宽温度区间高阻尼响应钛镍合金基复合材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李响，常国，霍望图，董龙龙，李亮，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：