一种宽温阈高阻尼铝基复合材料及其制备方法技术

一种宽温阈高阻尼铝基复合材料及其制备方法，本发明专利技术涉及一种宽温阈高阻尼铝基复合材料及其制备方法。本发明专利技术是要解决传统铝基复合材料阻尼性能低而单一TiNi合金高阻尼有效温阈窄、模量不稳定的问题。材料由TiNi合金颗粒和含铝材料组成。方法：一、TiNi合金颗粒预氧化；二、预氧化后TiNi合金颗粒密铺于模具中；三、冷压预热制备预制体；四、熔融铝液；五、将熔炼的铝液压入预制体中，保压，脱模得到宽温阈高阻尼铝基复合材料。所述宽温阈高阻尼铝基复合材料中增强相的总体积分数为50～75％，具有优异的阻尼性能。本发明专利技术用于航空航天减隔振领域。域。域。

【技术实现步骤摘要】
一种宽温阈高阻尼铝基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种宽温阈高阻尼铝基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着各个领域对于更高精度、更长使用寿命和更好的舒适性需求的不断增加，振动控制已成为一个重要的研究焦点。目前针对复杂太空环境下凝视成像卫星上内部干扰的结构振动对敏感光学载荷的影响，使用具有高阻尼性能的材料作为减隔振器件是主流形式。传统金属材料的阻尼性能与刚度及力学性能成反比，高强度和刚度常常导致阻尼性能较差，限制了工业应用。而新型TiNi形状记忆合金具有良好的阻尼性能以及优异的力学性能，但由于其随温度变化发生相变的特性在空间复杂的热力环境中其阻尼性能和力学性能难以维持稳定。有必要研制出一种在空间复杂热力环境下具有宽温域高阻尼特性的金属基复合材料。
[0003]TiNip/Al复合材料将具有相变高阻尼特性TiNi颗粒与铝合金结合，克服了单一的TiNi合金在随温度变化发生相变时弹性模量大大降低使得结构稳定性无法得到保障的问题，并且其重量可以有效降低以满足空间中苛刻的轻量化要求。更为重要的是单一TiNi合金的高阻尼随温度变化发生相变后处于奥氏体阶段时阻尼性能很低。TiNip/Al复合材料通过引入界面的形式使得TiNi合金处于高温下的奥氏体状态下时复合材料也可以具有良好的阻尼性能，大大提升了其应用范围，实现宽温阈的高阻尼性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术是要解决传统铝基复合材料阻尼性能低而单一TiNi合金高阻尼有效温阈窄、模量不稳定的问题。而提供一种宽温阈高阻尼铝基复合材料及其制备方法。
[0005]一种宽温阈高阻尼铝基复合材料由TiNi合金颗粒和含铝材料组成，所述含铝材料为铝或铝合金；其中TiNi合金颗粒进行预氧化处理后作为增强体，所述含铝材料作为基体；所述TiNi合金颗粒的堆积密度为45～60％；所述宽温阈高阻尼铝基复合材料中增强相的总体积分数为50～75％。
[0006]上述一种宽温阈高阻尼铝基复合材料的制备方法具体按以下步骤进行：
[0007]一、将TiNi合金颗粒均匀铺陈在坩埚中，在烘箱中于空气环境下进行预氧化处理；氧化温度为550～700℃，氧化1～2h，使其表面包覆一层氧化膜，得到预氧化后的TiNi颗粒；
[0008]二、将预氧化后的TiNi颗粒铺陈于钢模具中在钢模具的底部形成预制粉体层，根据高阻尼宽温域TiNip/Al复合材料的体分要求确定预制粉体层高度；
[0009]三、将预制粉体层振实，得到待冷压坯料；
[0010]四、将待冷压坯料在压力为5～150MPa的条件下冷压成坯，然后连同模具放入电炉中，在温度为500～700℃的条件下保温2～6h，得到材料预制体；
[0011]五、将含铝材料在温度为700～900℃条件下熔炼2～6h，得到含铝熔液；
[0012]六、采用压力浸渗将含铝熔液浇注并加压浸渗到材料预制体的间隙中，在压力为
30～250MPa的条件下保压5～30min后直接脱模，得到高阻尼宽温域TiNip/Al复合材料；高阻尼宽温域TiNip/Al复合材料中合金颗粒的体积分数为50～75％。
[0013]本专利技术的有益效果：
[0014]本专利技术通过将具有相变高阻尼特性的TiNi合金和含铝材料进行复合。通过引入界面的形式充分利用二者优势制备出宽温阈内兼备高阻尼性能与刚度稳定性的轻质金属基复合材料，并利用预氧化处理使得TiNi合金颗粒表面形成一层氧化膜，从而避免在制备时TiNi颗粒与Al基体发生反应得到完好的高阻尼宽温域TiNip/Al复合材料；本专利技术制备的TiNi颗粒增强铝基高阻尼复合材料其阻尼性能来源于两部分，分别是TiNi合金本征阻尼与复合材料界面阻尼；在低温下TiNi合金处于马氏体阶段时，由于内部存在大量的孪晶结构在振动过程中，马氏体孪晶晶界以及一些晶粒的界面运动可以有效地减弱振动，具有较高的阻尼性能；而随温度升高增强相TiNi合金颗粒发生相变时，内部组织由马氏体向奥氏体转变，此时TiNi合金内部就会存在大量的马氏体和奥氏体的界面，一方面这些界面在振动系统中充分消耗振动能量从而使得阻尼性能大大提高，表现出峰值效应；另一方面材料的弹性模量与此同时大大降低而由于Al基体的约束作用使得复合材料的弹性模量相较于单一TiNi合金的弹性模量更加稳定；而随温度继续变化，当马氏体逆相变完成时，TiNi合金内部组织为奥氏体，此时TiNi合金的本征阻尼很低与一般金属材料无异。而复合材料凭借其引入界面阻尼的优势，可以在高温下TiNi合金本征阻尼很低时通过界面微滑移的方式来消耗振动时的能量转化为热能来提高复合材料的阻尼性能，从而实现宽温阈高阻尼的特性。
附图说明
[0015]图1为实施例制备的宽温阈高阻尼铝基复合材料、单一TiNi合金和传统陶瓷增强铝基复合材料的阻尼性能曲线对比图；其中1表示施例制备的宽温阈高阻尼铝基复合材料，2表示单一TiNi合金，3表示传统陶瓷增强铝基复合材料。
具体实施方式
[0016]具体实施方式一：本实施方式一种宽温阈高阻尼铝基复合材料由TiNi合金颗粒和含铝材料组成，所述含铝材料为铝或铝合金；其中TiNi合金颗粒进行预氧化处理后作为增强体，所述含铝材料作为基体；所述TiNi合金颗粒的堆积密度为45～60％；所述宽温阈高阻尼铝基复合材料中增强相的总体积分数为50～75％。
[0017]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述TiNi合金颗粒的堆积密度为50％。其它与具体实施方式一相同。
[0018]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述TiNi合金颗粒中Ni的相对原子比含量为50.9％，相变点为As：
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14.3～
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19.8℃、Af：7.8～12℃、Ms；
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3.2～
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8.4℃、Mf：
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23.4～
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30.2℃；所述TiNi合金颗粒的粒径为0.1～90μm。其它与具体实施方式一相同。
[0019]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：所述TiNi合金颗粒的粒径为0.1～50μm。其它与具体实施方式三相同。
[0020]具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三不同的是：所述TiNi合金颗粒的粒径为50～90μm。其它与具体实施方式三相同。
[0021]具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：预氧化处理后TiNi合金颗粒表面氧化层产物主要为TiO2，其氧化层厚度为0.7～2.1μm。其它与具体实施方式一相同。
[0022]具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述铝合金为1xxx系铝合金、2xxx系铝合金、3xxx系铝合金、4xxx系铝合金、5xxx系铝合金、6xxx系铝合金或7xxx系铝合金。其它与具体实施方式一相同。
[0023]具体实施方式八：本实施方式一种宽温阈高阻尼铝基复合材料的制备方法具体按以下步骤进行：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽温阈高阻尼铝基复合材料，其特征在于宽温阈高阻尼铝基复合材料由TiNi合金颗粒和含铝材料组成，所述含铝材料为铝或铝合金；其中TiNi合金颗粒进行预氧化处理后作为增强体，所述含铝材料作为基体；所述TiNi合金颗粒的堆积密度为45～60％；所述宽温阈高阻尼铝基复合材料中增强相的总体积分数为50～75％。2.根据权利要求1所述的一种宽温阈高阻尼铝基复合材料，其特征在于所述TiNi合金颗粒中Ni的相对原子比含量为50.9％，相变点为As：
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14.3～
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19.8℃、Af：7.8～12℃、Ms；
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3.2～
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8.4℃、Mf：
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23.4～
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30.2℃；所述TiNi合金颗粒的粒径为0.1～90μm。3.根据权利要求2所述的一种宽温阈高阻尼铝基复合材料，其特征在于所述TiNi合金颗粒的粒径为50～90μm。4.根据权利要求1所述的一种宽温阈高阻尼铝基复合材料，其特征在于预氧化处理后TiNi合金颗粒表面氧化层产物主要为TiO2，其氧化层厚度为0.7～2.1μm。5.根据权利要求1所述的一种宽温阈高阻尼铝基复合材料，其特征在于所述铝合金为1xxx系铝合金、2xxx系铝合金、3xxx系铝合金、4xxx系铝合金、5xxx系铝合金、6xxx系铝合金或7xxx系铝合金。6.如权利要求1所述的一种宽温阈高阻尼铝基复合材料的制备方法，其特征在于宽温阈高阻尼铝基复合材料的制备方法具体按以...

【专利技术属性】
技术研发人员：晁振龙，孙宇，沈顾伟，姜龙涛，陈国钦，武高辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：