一种高阻尼5083Al/Ti复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种高阻尼5083al/ti复合材料。

背景技术：

金属钛通常具有高的比强度，且耐磨性优良，通常应用于航空航天及医疗器械等领域。纯钛作为钛金属材料中的一种，它凭借自身良好的机械性能、耐腐蚀表现及成本优势，在工业领域仍然有着大量的应用，如在石油工业中可用于制作各种容器、反应器、热交换器、蒸馏塔、管道、泵和阀等。用高纯钛制造的水净化装置的滤芯，则被应用于海水净化、生活污水处理、制药工业等方面。随着工业领域的快速发展，对纯钛及钛合金零部件减振和降噪的需求越来越高。但纯钛的阻尼性能较差，往往需要利用复合化或合金化方法来提高其阻尼性能。目前，主要是通过改变钛基体成分来改善钛的阻尼性能，比如，在钛基体中加入镍，形成具有相变高阻尼特性的钛镍合金，但该法仅限于具有高阻尼特性的钛基体成分。由于铝合金具有的阻尼性能较好，密度比纯钛小，耐磨性好等优点，铝合金复合到纯钛中有望提高纯钛的阻尼性能。通过烧结熔渗法将5083铝合金复合到纯钛中，可将铝合金高的本征阻尼性能引入到复合材料中，同时，可避免发生界面反应和新相生成，且钛基成分不受限制。到目前为止，通过烧结熔渗方法生产5083al/ti复合材料的报道至今还尚未发现。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种制备高阻尼5083al/ti复合材料的方法。

本发明涉及的5083al/ti复合材料中，增强相为5083铝合金，基体为多孔纯钛块(由粒径为48μm的纯钛粉烧结制备获得)，造孔剂为nh4hco3颗粒(粒径300-500μm)，增强相在基体中的含量为16％-48％。

5083al/ti复合材料的制备方法具体步骤为：

(1)将粒径为48μm的纯钛粉和粒径为300-500μm的nh4hco3颗粒按照一定的比例放置于v型混粉机中旋转混合5小时。

(2)将一定量混合均匀的粉末置于方形模具(长×宽×高，30mm×10mm×5mm)中，室温下通过万能材料试验机将其压制成型，压制力为100-300mpa，将压制好的生坯放置于石英管式烧结炉中。

(3)将纯度为99.9％的氩气作为保护气体持续不断地通入到管式烧结炉中，将管式烧结炉从室温开始加热，30分钟后升温至150℃-300℃保温1-2小时，通入的高纯氩气将nh4hco3分解产生的co2和nh3不断排出，再升温至1050℃，保温1-2小时进行烧结，然后随炉冷却至室温获得多孔纯钛。

(4)将5083铝合金放置于小型熔炼炉内，将熔炼炉从室温加热至800℃，使铝合金全部熔融，将烧结出来的多孔纯钛放置于熔炼炉内，在800℃下保温2小时，使铝液渗入到多孔纯钛中，随后将试样取出空冷，获得5083al/ti复合材料。

本发明制备出的5083al/ti复合材料具有优异的阻尼性能，价格低廉，密度比纯钛低，可控制增强相尺寸，不存在界面反应的问题；在30℃-200℃温度范围内，复合材料阻尼性能均比其基体材料有大幅提高；30℃时5083al/ti复合材料的内耗值为0.0188-0.0503，比其基体内耗值提高了220％-750％，200℃时内耗值为0.0197-0.0321，比其基体内耗值提高了190％-380％，300℃时内耗值为0.0168-0.0238，比其基体内耗值提高了20％-80％。

附图说明

图1为本发明实例1获得的多孔纯钛金相图。

图2为本发明实例1获得的5083al/ti复合材料金相图

图3为本发明实例1获得的5083al/ti复合材料与多孔纯钛的温度-内耗曲线图。

具体实施方式

实施例1：

(1)将粒径为48μm的纯钛粉和粒径为400μm的nh4hco3颗粒按照质量比为3：1的比例在称量天平上称重后，将其放置于v型混粉机中旋转混合5小时。

(2)将混合均匀后的粉末置于方形模具(长×宽×高，30mm×10mm×5mm)中，室温下通过液压机将其压制成型，压制时的压力为200mpa，保压时间为5分钟，将压制好的生坯放置于管式烧结炉中。

(3)将纯度为99.9％的氩气作为保护气体持续不断地通入到管式烧结炉中，将管式烧结炉从室温开始加热，30分钟后升温至200℃保温1.5小时，通入的高纯氩气将nh4hco3分解产生的co2和nh3不断排出，再升温至1050℃，保温1.5小时，之后随炉冷却至室温获得多孔纯钛块。

(4)将5083铝合金放置于小型熔炼炉内，将熔炼炉从室温加热至800℃，使铝合金全部熔融，将烧结获得的多孔纯钛块放置于装有铝液的熔炼炉内，在800℃下保温2小时，使铝液渗入到多孔纯钛块中，保温2小时后取出空冷，即得到5083al/ti复合材料。

实施例2：

(1)将粒径为48μm的纯钛粉和粒径为500μm的nh4hco3颗粒按照质量比为17：3的比例在称量天平上称重后，将其放置于v型混粉机中旋转混合5小时。

(2)将混合均匀后的粉末置于方形模具(长×宽×高，30mm×10mm×5mm)中，室温下通过液压机将其压制成型，压制时的压力为100mpa，保压时间为5分钟，将压制好的生坯放置于管式烧结炉中。

(3)将纯度为99.9％的氩气作为保护气体持续不断地通入到管式烧结炉中，将管式烧结炉从室温开始加热，30分钟后升温至150℃保温2个小时，通入的高纯氩气将nh4hco3分解产生的co2和nh3不断排出，再升温至1050℃，保温1小时，之后随炉冷却至室温获得多孔纯钛块。

(4)将5083铝合金放置于小型熔炼炉内，将熔炼炉从室温加热至800℃，使铝合金全部熔融，将烧结获得的多孔纯钛块放置于装有铝液的熔炼炉内，在800℃下保温2小时，使铝液渗入到多孔纯钛块中，保温2小时后取出空冷，即得到5083al/ti复合材料。

实施例3：

(1)将粒径为48μm的纯钛粉和粒径为300μm的nh4hco3颗粒按照质量比为3：17的比例在称量天平上称重后，将其放置于v型混粉机中旋转混合5小时。

(2)将混合均匀后的粉末置于方形模具(长×宽×高，30mm×10mm×5mm)中，室温下通过液压机将其压制成型，压制时的压力为300mpa，保压时间为5分钟，将压制好的生坯放置于管式烧结炉中。

(3)将纯度为99.9％的氩气作为保护气体持续不断地通入到管式烧结炉中，将管式烧结炉从室温开始加热，30分钟后升温至300℃保温1个小时，通入的高纯氩气将nh4hco3分解产生的co2和nh3不断排出，再升温至1050℃，保温2小时，之后随炉冷却至室温获得多孔纯钛块。

(4)将5083铝合金放置于小型熔炼炉内，将熔炼炉从室温加热至800℃，使铝合金全部熔融，将烧结获得的多孔纯钛块放置于装有铝液的熔炼炉内，在800℃下保温2小时，使铝液渗入到多孔纯钛块中，保温2小时后取出空冷，即得到5083al/ti复合材料。

对最终得到的5083al/ti复合材料和纯钛基体进行阻尼性能测试。采用动态力学分析仪(dmaq800，ta)在30℃-350℃温度范围内连续测定试样的内耗值及其特征温度，选择单悬臂应变控制模式，升温速率均为5℃/min。

本发明5083al/ti复合材料的阻尼性能为：30℃时5083al/ti复合材料的内耗值为0.0188-0.0503，200℃时内耗值为0.0197-0.0321，300℃时内耗值为0.0168-0.0238。

本发明获得的5083al/ti复合材料及多孔纯钛的阻尼性能测试结果，测试的具体数据见下表。