一种高阻尼钛合金的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型高阻尼钛合金的制备方法，包括：采用高纯Ti粉、高纯Nb粉、高纯B粉按照Ti-25Nb-xB（x=0.5-2.0at%）的配比进行称量；用球磨机对称量的原材料粉碎；将球磨好的粉末进行冷压成型，其冷压成型压强为7.5-8.5MPa，时间为2-4min；将冷压好的压坯进行真空烧结，其烧结温度为1200℃-1250℃，烧结时间为4.5至5.5h。本发明制备的阻尼材料除了具备较高的阻尼值以外，并适合用于服役环境温度较高的场合，以弥补常规阻尼材料使用温度的不足。同时该合金制备方法经济简单、成分精确可控。
【专利说明】一种高阻尼钛合金的制备方法
【技术领域】:
[0001]本发明制备了一种β相Ti25NbxB (x在0.5-2.0at%之间)高阻尼材料，其特征为易制备、阻尼性能好、阻尼峰温高。
【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，阻尼性能随服役时间的延长恶化情况明显。近年，产生了一种基于Snoek弛豫机制的阻尼合金设计思路。根据Snoek弛豫理论，体心立方结构合金在外应力作用下，八面体间隙中的小半径原子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】
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[0004]本发明以体心立方的Ti_25Nb (at%)为基体，在其中引入的含量在0.5-2.0at%之间的间隙B元素，从而获得一种基于B原子在T1-Nb基体中的Snoek弛豫效应的高阻尼TiNbB合金体系。具体技术方案如下。
[0005]一种高阻尼钛合金的制备方法，包括下列步骤:
[0006]第一步，原材料的称量:采用高纯Ti粉、高纯Nb粉、高纯B粉按照T1-25Nb_xB(x=0.5-2.0at%)的配比进行称量；
[0007]第二步:使用球磨机对称量的原材料粉碎；
[0008]第三步:将球磨好的粉末进行冷压成型，其冷压成型压强为7.5-8.5MPa，时间为2_4min ；
[0009]第四步:将冷压好的压坯进行真空烧结，其烧结温度为1200°C -1250°C，烧结时间为 4.5 至 5.5h。
[0010]第二步中，球料比为3:1，球磨速率为300rpm，球磨时间为2h。
[0011]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钛合金体系。B原子在物理化学性质上和常用的间隙原子C、N和O等类似，但添加方法更为简单、添加量更为精确，因而合金制备更加简单经济。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、本发明制备的阻尼合金阻尼性能优良，峰值阻尼高达0.06。
[0014]3、本发明制备的合金阻尼峰覆盖温度范围约为250-350°C，因而相比常规的高分子阻尼材料，其使用温度可大幅提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为粉末冶金方法制备的不同成分T1-25Nb-xB (x=0.5，I, 1.5,2) (at%)高阻尼钛合金的X-ray衍射图谱，其中β相为合金主要组成相。
[0016]图2为粉末冶金方法制备的不同成分T1-25Nb-x0 (x=0.5，I, 1.5,2) (at%)高阻尼钛合金在不同频率下的阻尼性能和杨氏模量曲线。其中(a)为T1-25Nb-0.5B, (b)为T1-25Nb-lB, (c)为 T1-25Nb_l.5B, (d)为 Ti_25Nb_2B。
【具体实施方式】:
[0017]下面结合实施例 和附图对本发明进行说明。
[0018]采用粉末冶金方法制备T1-25Nb_xB(at%) (x=0.5，I, 1.5，2)合金。
[0019]1、原材料的称量:按照T1-25Nb_xB (at%)的配比，称取高纯Ti粉、高纯Nb粉、高纯B粉；
[0020]2、混料:采用行星式球磨机对称量的原材料进行球磨混料，球料比为3:1，球磨速率为300rpm,球磨时间为2h ；
[0021]3、冷压成型:将球磨好的粉末进行冷压成型，其冷压成型压强为8MPa，时间为3min。
[0022]4、烧结:将冷压好的压坯放进管式炉烧结时通入氩气进行保护，烧结温度为12000C _1250°C，烧结时间为 5h。
[0023]5、试样加工:利用电火花线切割机切割合金锭待测试试样。
[0024]6、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。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，由图可知该高阻尼合金峰值阻尼接近0.06，阻尼峰温度范围约为250-350°C。
[0025]表1DMA测试条件选择
[0026]
【权利要求】
1.一种高阻尼钛合金的制备方法，包括下列步骤: 第一步，原材料的称量:采用高纯Ti粉、高纯Nb粉、高纯B粉按照T1-25Nb-XB(x=0.5-2.0at%)的配比进行称量； 第二步:使用球磨机对称量的原材料粉碎； 第三步:将球磨好 的粉末进行冷压成型，其冷压成型压强为7.5-8.5MPa，时间为2_4min ； 第四步:将冷压好的压坯进行真空烧结，其烧结温度为1200°C -1250°C，烧结时间为4.5 至 5.5h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第二步中，球料比为3:1，球磨速率为300rpm,球磨时间为2h。
【文档编号】C22C14/00GK103643066SQ201310642895
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】余黎明, 殷亮, 刘永长, 徐文泉 申请人:天津大学