一种NbB阻尼合金体系的组织与阻尼性能关系确定方法
【专利摘要】本发明公开了一种NbB阻尼合金体系的组织与阻尼性能关系确定方法：采用高纯Nb棒、高纯B粉按照25Nb-xB（at%）（x=0.15,0.3,0.45,0.5）的配比进行称量；将高纯B粉进行压片；熔炼；制成β相NbxB高阻尼材料；将准备好的试样进行XRD、DMA、OM、SEM和TEM测试，将结果进行分析并建立组织与阻尼性能之间一定的关系。该发明提供了新型体系的高阻尼合金性能与组织之间较直观的关系，为今后通过微观组织观察而估算合金阻尼性能提供思路与方法。
【专利说明】一种NbB阻尼合金体系的组织与阻尼性能关系确定方法
【技术领域】:
[0001]本发明通过熔炼的方法制备P相NbxB高阻尼材料。涉及用熔炼方法制备一种易制备、性能好的新体系高阻尼材料，分析其组织与性能并建立二者之间一定的关系。该发明中 B 的含量为 0.15-0.5 (at%)之间，以 NbxB (x=0.15，0.3，0.45，0.5) (at%)为例。
【背景技术】:
[0002]伴随现代工业的飞速发展，各种机械设备要求更高的使用精度和更长的使用寿命，而振动和噪声会严重影响设备的使用精度和使用寿命。例如，战斗机作为一种超高速飞行的航空器，其发动机高速运转时会产生巨大的振动能，这会加速发动机的性能恶化甚至导致其他零部件性能恶化，进一步的恶化就可能导致机身材料破坏、断裂，从而导致战斗机解体。因此，近年用于振动和噪声控制的阻尼合金颇受世界各发达国家所重视，并发展迅速。尤其是在较为恶劣的环境中使用的材料，高阻尼合金比起传统合金的优越性则更为明显。
[0003]通过位错移动等机制而研发的高阻尼合金由于本身机制等局限性，阻尼性能恶化情况明显。近年，产生了一种基于Snoek弛豫机制的新型高阻尼合金一T1-Nb系高阻尼合金。根据Snoek弛豫理论，体心立方结构(bcc)合金在外应力作用下，八面体间隙中的小半径原子(如C、N和0等)会定向地向近邻八面体间隙位置运动，并在此过程中造成能量耗散。因为该扩散过程可重复发生而不破坏合金中的相结构，所以这种阻尼合金具有可重复使用性，其使用寿命有望比其他类型阻尼合金更长久。
【发明内容】
:
[0004]本发明以Nb-xB (at%) (x=0.15，0.3，0.45，0.5)合金为例建立NbB体系高阻尼合金；采用熔炼方法进行制备并`分析其组织与性能，具体技术方案如下。
[0005]第一步:原材料的称量，采用高纯Nb棒、高纯B粉按照25Nb_xB (at%)(x=0.15，0.3，0.45，0.5)的配比进行称量。
[0006]第二步:将高纯B粉进行压片，压力为8MPa，时间为3min。
[0007]第三步:将准备好的材料放置于真空熔炼炉中进行熔炼，保证试样完全熔融5次以确保均匀性。
[0008]第四步:冷却后的试样经过机加工和打磨、腐蚀步骤，制成P相NbxB高阻尼材料，用于性能与组织测试。
[0009]第五步:将准备好的试样进行XRD、DMA、0M、SEM和TEM测试，将结果进行分析并建立组织与阻尼性能之间一定的关系。
[0010]本发明的原理是:根据小半径原子基于点缺陷的Snoek弛豫效应中发挥的作用以研发新的高阻尼合金体系。力求将合金的阻尼性能与微观组织联系起来，建立二者之间一个较为直观的关系。C、N、0等小半径原子在上述钛合金体系中作为间隙原子的应用较为广泛，近年来的研究集中在上述体系中添加其他合金元素改善其性能。本发明则致力于研究出在性能、制作工艺以及经济方面有所突破的新体系。硼原子作为常见的非金属原子，在物理化学性质上与高阻尼钛合金中常用的间隙原子C、N和O等类似但添加方法更为简单、添加量更为精确、合金制备更加简单经济。B的添加量不同就意味着会对合金的组织性能造成影响，而组织和阻尼性能之间又存在一定内在的关系，所以随着B添加量的增加，组织和阻尼性能是按照一定规律发生变化的。
[0011]本发明的优点在于:
[0012]1、硼原子作为Snoek弛豫效应中的小半径间隙原子更易添加至相应的高阻尼钛合金中，添加量的可控性和精确度提高，合金制备更加简单经济，为以后的规模应用提供基础。
[0013]2、本发明采用熔炼方法制备，Nb0.3B在可达到最高阻尼性能，为0.032。
[0014]3、本发明制备的Nb0.3B在频率为IOHZ下的峰值温度最高为340°C，显著右移。可保证该发明所制备的合金在较高温度下具有较好的阻尼性能。
[0015]4、本发明制备的NbB合金在B添加量小于0.3at%时，阻尼性能上升，且相分析及微观组织观察均未发现第二相存在，当B的添加量为0.45-0.5at%时，出现第二相，此时性能出现下降。经过具体分析可建立阻尼性能与微观组织的关系。
【专利附图】
【附图说明】:
[0016]图1为熔炼方法制备的不同成分Nb-xB (x=0.15，0.3，0.45，0.5) (at%)高阻尼合金的X-ray衍射图 谱，其中P相为合金主要组成相。
[0017]图2为熔炼方法制备的不同成分Nb-xB (x=0.15，0.3，0.45，0.5) (at%)高阻尼合金在相同频率下的阻尼值一温度关系曲线。其中(a)的振动频率为0.1Hz, (b)的振动频率为1Hz, (c)的振动频率为IOHz.[0018]图3 为 Nb-xB (x=0.15，0.3，0.45，0.5) (at%)高阻尼合金的金相照片。Nb0.15B(
a)，Nb0.3B (b)，Nb0.45B (c)，Nb0.5B (d)。
[0019]图4为Nb0.45B Ca)和Nb0.5B (b)的扫描电镜照片。
[0020]图5为Nb0.3B (a)和Nb0.45B (b)的透射电镜照片，以及Nb0.45B中第二相的高分辨照片(C)。
【具体实施方式】:
[0021]采用粉末冶金方法制备Nb-xB (at%) (x=0.15，0.3，0.45，0.5)合金。
[0022]1、原材料的称量，采用高纯Nb棒、高纯B粉按照25Nb_xB (at%)(x=0.15，0.3，0.45，0.5)的配比进行称量。
[0023]2、将高纯B粉进行压片，压力为8MPa，时间为3min。
[0024]3、将准备好的材料放置于真空熔炼炉中进行熔炼，保证试样完全熔融5次以确保均匀性。
[0025]4、试样加工:利用电火花线切割机切割合金锭获得XRD试样和20.0mmX 5.0mmX 1.0mm的DMA测试试样和3_见方的块状试样用于相分析及微观组织观察。
[0026]5、试样处理与测试:选择不同粗糙度的水砂纸，由粗到细打磨(粒度360-2000)，获得符合测试要求的XRD衍射试样、阻尼试样和压缩试样。XRD实验结果见附图1，阻尼性能测试在TA-Q800型动态力学分析仪(DMA)上进行，测试条件见表1。合金的阻尼性能和杨氏模量曲线见附图2。
[0027]表1DMA测试条件选择
[0028]
【权利要求】
1.一种NbB阻尼合金体系的组织与阻尼性能关系确定方法，包括下列步骤: 第一步:原材料的称量，采用高纯Nb棒、高纯B粉按照25Nb-xB (at%)(x=0.15，0.3，0.45，0.5)的配比进行称量。 第二步:将高纯B粉进行压片，压力为8MPa，时间为3min。 第三步:将准备好的材料放置于真空熔炼炉中进行熔炼，保证试样完全熔融5次以确保均匀性。 第四步:冷却后的试样经过机加工和打磨、腐蚀步骤，制成P相NbxB高阻尼材料，用于性能与组织测试。 第五步:将准备好的试样进行XRD、DMA、OM、SEM和TEM测试，将结果进行分析并建立组织与阻尼性能之间一定 的关系。
【文档编号】C22C27/02GK103602867SQ201310634958
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】殷亮 申请人:天津大学