专利名称：大尺寸高减振性能的多孔Ti-Ni减振合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高减振性能的多孔合金，具体地说是设计了一种大尺寸高减振性能的Ti-Ni多孔合金的制备方法。
背景技术：
随着工业的发展及社会的进步，剧烈振动引起的材料破坏、材料使用寿命下降等问题日益受到人们的重视。尤其在一些存在着较大机械噪声的大型设备中，急需减振性能高的减震材料，减小噪声的传递，从而降低噪声污染，同时也能增加设备的精密度及使用寿命。多孔Ti-Ni合金是从生物医用植入材料而发展起来的，其除具有较高的生物相容性之外，还具有轻质、高强等特征。近些年，由于多孔Ti-M合金同时具有马氏体相变特性以及多孔的微观组织结构，拥有很好的阻尼减振性能，所以在减振领域也吸引了广泛的注意。但是，目前为止，多孔Ti-M合金在工程领域仍然无法得到使用，其主要原因在利用普通方法制备的多孔合金最大直径也仅为Φ 25 μ m左右，无法作为大型工程零部件使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种大尺寸高减震性能的多孔Ti-Ni形状记忆合金的的制备方法。通过调整制备工艺，并采用新的顶端楔形点火方式，研制出一种孔隙均勻，性能优良的高减振的Ti-Ni合金。为了实现上述目的，本发明的技术方案是1)利用旋转式圆筒混料器将镍粉和钛粉进行均勻混合M-48小时，同时加入直径为Φ IOmm的不锈钢球，球料比为G 1)-(8 1)；2)混合均勻的粉末利用底部振动的方法或者利用压制的方法成型于一定形状的模具中，形成孔隙度50-60%的坯料；3)在模具的顶端点火位置，设计成锥体，角度在10 80°之间；4)将坯料放入厢式电阻炉中均勻加热至400°C 420°C下进行预热；5)利用钨丝弧光放电，在锥体的顶端进行点火，并利用燃烧波的传播，使得坯料开始燃烧合成。6)燃烧合成后的清除模具，切除顶端点火锥体，获得成品。本发明中，按原子百分比计，TiNi减振合金的化学成分如下Ti :48. 50. Oat. %，余量 Ni。本发明的优点在于1、本发明采用顶端立式锥形点火的设计，可以利用燃烧合成的方法，通过燃烧波的传导，制备大尺寸的多孔Ti-Ni合金，其直径在Φ 50mm以上，孔隙度55%以上，开孔孔隙度约为90%以上。其室温奥氏体压缩屈服强度可达到lOOMPa，压缩应变可达35%以上，阻尼性能为0. 02以上。
2、本发明Ti-Ni减振合金的直径可在Φ 50mm以上，主要用于制作工程领域中大型减振零部件，如减振底座等。
图1燃烧合成制备多孔Ti-Ni的流程图。图2锥体角度为10°的顶端立式锥形点火模具(不锈钢材料)。图3实施方式1制备的直径为Φ 500mm的多孔Ti-Ni合金宏观形貌图。图4直径为Φ 500mm的多孔Ti-Ni合金的压缩应力应变曲线。图5大尺寸多孔Ti-Ni合金的阻尼应变曲线。图6锥体角度为30°的顶端立式锥形点火模具(石英材料)。
具体实施例方式实施例1 如图1所示，燃烧合成多孔Ti-Ni合金的工艺流程具体如下1)本实施例中，Ti-Ni合金的Ti含量为49. Oat. %，余量Ni。将Ti粉(80 100 μ m)、Ni粉(3 5 μ m)放入圆筒型混料器中进行48h的旋转混料，同时加入直径为IOmm 的不锈钢球，球料比为G 1)-(8 1)，本实施例为8 1(图1)。2)将混合均勻的混合粉放入真空容器中进行干燥处理，减少粉末表面吸附的气体。干燥温度约为95°C 士 10°C，时间为^i±30min。3)按照图2加工顶端立式锥形点火模具，该模具为筒体顶端设有中心开孔的锥体结构，锥体角度为10° (锥面与水平方向的夹角)，材料为2mm厚的不锈钢焊制而成。4)利用漏斗将干燥后的混合均勻粉末填入图2所示的模具中，利用底部振动的方法，密实化混合粉末，同时反复添加混合粉末，直至充满整个模具，形成坯料，所得坯料的孔隙度约为阳％。5)燃烧合成后的清除模具，切除顶端点火锥体，获得成品。6)将厢式电阻炉升温至520°C 士 10°C，并使其温度场保持均勻。将成型后的坯料连同模具一起放入炉中，将点火位置向上，将坯料放入厢式电阻炉中均勻加热至400°C 420°C下进行预热。7)当坯料温度达到预期的预热温度时，利用钨丝的辉光放热，在锥体的顶端进行点火，利用燃烧波的传播，使得坯料开始燃烧合成。由于持续的放热反应燃烧波将沿着锥体向下蔓延，从而使得整个坯料全部燃烧。8)样品冷却后，破坏不锈钢模具，将模具清除；同时，切除顶端点火锥体，获得直径为500mm，高度约IOOmm的大尺寸多孔Ti-Ni合金。图3为利用上述工艺制备出直径为500mm的大尺寸多孔Ti-Ni合金。可以看出， 整个多孔合金燃烧的非常充分，孔隙也较为均勻。虽然部分区域出现热裂纹，但是横向解剖的过程发现，裂纹较浅，并未贯穿整个多孔合金。根据公式⑴来计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，通过测量体积与质量的关系获得；P ^为致密态Ti-Ni合金的密度(6. 44g/cm3)。最终经计算，该大尺寸多孔Ti-Ni合金的孔隙度为64%，选取Φ 20mmX 20mm的柱体，利用阿基米德排水法测定其开孔孔隙度为95%。利用线切割沿燃烧方向取出cinOmmXSmm的柱状试样，在岛沣力学测量仪上进行压缩实验，应变速率为10_7s。数字采集应力-应变曲线，测得多孔Ti-Ni形状记忆合金的名义压缩应力-应变曲线如图4所示。由图可见，多孔Ti-Ni合金的压缩曲线大致可分为三个阶段。首先是线弹性阶段，应力和应变呈现线性关系，从图中可以看出，多孔合金的压缩应力约为90MPa，压缩应变约为32%。实际上，在出现压缩平台的过程中，仅仅是部分孔隙的坍塌，多孔Ti-Ni合金的整体并没有完全失效。因此，多孔Ti-Ni合金在应用的过程中可以承受大于7%压缩应变的作用。图5为该大尺寸多孔Ti-Ni形状记忆合金的应变振幅与内耗之间的关系曲线。测量温度为37°C，频率为1Hz。为了能够体现低应变振幅下内耗的变化规律，横轴采用对数的方式。从图中可以看出多孔Ti-M合金的内耗在开始的低应变振幅阶段几乎保持不变；随着应变振幅的增加，内耗开始迅速增大，随后增加的速度变缓。当压缩应变达到0. 时，多孔合金的阻尼值即可达到0. 02以上，这一数值远高于普通的阻尼材料。实施例2 采用实施方式1中同样的制备过程，但采用图6中的模具，模具顶端的锥体角度为30°，模具底端开口，模具材料为石英玻璃。与实施方式1中步骤4不同之处在于，坯体成型的过程中，利用橡木塞将模具上端封闭，倒置模具，填入混合均勻的粉体，加压压力为30MPa。然后反复添加粉末，直至充满整个模具，所得坯料的孔隙度约为55%。然后倒置，放入厢式炉中预热，去除橡木塞，上端点火。燃烧合成后样品的尺寸为Φ80πιπι，高100mm。经测量，利用本实施方式所制备的材料孔隙度为58%，开孔孔隙度90%，压缩强度120MPa，压缩应变为38%，阻尼值为0.015。
权利要求
1.一种大尺寸高减振性能的多孔Ti-Ni减振合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤1)利用旋转式圆筒混料器将镍粉和钛粉进行均勻混合M-48小时，同时加入直径为 Φ IOmm的不锈钢球，球料比为G 1)-(8 1)；2)混合均勻的粉末利用底部振动的方法或者利用压制的方法成型于模具中，形成孔隙度50-60%的坯料；3)在模具的顶端点火位置，设计成锥体，锥体角度在10 80°之间；4)将坯料放入厢式电阻炉中均勻加热至400°C 420°C下进行预热；5)利用钨丝弧光放电，在锥体的顶端进行点火，并利用燃烧波的传播，使得坯料开始燃烧合成；6)燃烧合成后的清除模具，切除顶端点火锥体，获得成品。
2.按照权利要求1所述的大尺寸高减振性能的多孔Ti-Ni减振合金的制备方法，其特征在于，按原子百分比计，合金化学成分如下Ti 48. 0 50. Oat. %，余量 Ni。
3.按照权利要求1所述的大尺寸高减振性能的多孔Ti-Ni减振合金的制备方法，其特征在于，多孔Ti-Ni减振合金在进行燃烧合成时，坯料的模具材料为不锈钢或石英材料。
4.按照权利要求1所述的大尺寸高减振性能的多孔Ti-Ni减振合金的制备方法，其特征在于，多孔Ti-Ni减振合金的直径在Φ 50mm以上。
全文摘要
本发明涉及一种高减振性能的多孔合金，具体地说是设计了一种大尺寸高减振性能的Ti-Ni多孔合金的制备方法。本发明采用顶端立式锥形点火的设计，可以利用燃烧合成的方法，通过燃烧波的传导，制备大尺寸的多孔Ti-Ni合金，其直径在φ50mm以上，孔隙度55％以上，开孔孔隙度约为90％以上。其室温奥氏体压缩屈服强度可达到100MPa，压缩应变可达35％以上，阻尼性能为0.02以上。本发明多孔减振合金直径可达到φ50mm以上，主要用于制作工程领域中大型减振部件。
文档编号C22C1/08GK102560173SQ20101057941
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者刘树伟, 吴成义, 姜海昌, 戎利建, 赵明久, 闫德胜 申请人:中国科学院金属研究所