[发明专利]一种高阻尼钛合金的制备方法

说明书

技术领域：

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：

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。 

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：

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Ti-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。 

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Ti-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℃-1250℃，烧结时间为4.5至5.5h。 

第二步中，球料比为3：1，球磨速率为300rpm，球磨时间为2h。 

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： 

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。 

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。 

3、本发明制备的合金阻尼峰覆盖温度范围约为250-350℃，因而相比常规的高分子阻尼材料，其使用温度可大幅提高。 

附图说明

图1为粉末冶金方法制备的不同成分Ti-25Nb-xB（x=0.5,1,1.5,2）（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。 

图2为粉末冶金方法制备的不同成分Ti-25Nb-xO（x=0.5,1,1.5,2）（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Ti-25Nb-0.5B，（b）为Ti-25Nb-1B，（c）为Ti-25Nb-1.5B，（d）为Ti-25Nb-2B。 

具体实施方式：

下面结合实施例和附图对本发明进行说明。 

采用粉末冶金方法制备Ti-25Nb-xB(at%)（x=0.5,1,1.5,2）合金。 

1、原材料的称量：按照Ti-25Nb-xB（at%）的配比，称取高纯Ti粉、高纯Nb粉、高纯B粉； 

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； 

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。 

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1200℃-1250℃，烧结时间为5h。 

5、试样加工：利用电火花线切割机切割合金锭待测试试样。