[发明专利]高阻尼的钛镍记忆合金/金属层状复合材料

说明书

高阻尼的钛镍记忆合金/金属层状复合材料，涉及一种钛镍记忆合金/金属层状复合材料。目的是解决钛镍记忆合金复合材料的性能存在各向异性的问题。高阻尼的钛镍记忆合金/金属层状复合材料由数个钛镍记忆合金层和数个金属层构成，钛镍记忆合金层和金属层间隔设置；所述金属层的弹性模量为钛镍记忆合金的1.5～7倍；所述钛镍记忆合金层中含Ni原子百分比为48％～52％。本发明层状复合材料兼具了金属层的良好力学性能和钛镍记忆合金的高阻尼特性，耐辐照与空间腐蚀的能力更高，能够满足不同应用领域的需求。本发明适用于制备钛镍记忆合金/金属层状复合材料。

技术领域

本发明涉及一种钛镍记忆合金/金属层状复合材料。

背景技术

随着社会发展和科技进步，军工、航天与民用车辆等多个领域对仪器精密度与使用舒适度有着越来越高的要求。各类机械在运行中产生的振动与噪声会严重干扰其正常工作，影响使用体验，甚至会缩短仪器寿命。例如广泛应用于卫星姿态控制的飞轮控制机构。由于加工精度与润滑条件等影响，其运行过程中会产生强烈的振动，振动直接作用于卫星内的精密元件如遥感成像系统等，将影响其精度与寿命。目前的解决方案主要是通过设计减振结构，但减振结构往往需要占据额外的空间与质量，不利于高精密设备和仪器的集成化和小型化。因此，寻找一种能有效衰减振动的高阻尼材料很有意义。

层合板在振动时，由于各层材料间弹性模量与泊松比的差异，界面处会产生剪切形变，同时各层材料会发生微量的拉-压变形，提高材料的内耗能力。同时，弹性波在异质界面处会发生反射与散射，可以阻碍振动的传播。目前基于这一原理制成的层合板主要使用聚合物作为结合层。中国专利CN 102896836 A中提出了一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材，这种层状复合材料可以应用于建筑物与火车、轮船上，具有较高的阻尼损耗因子和较好的耐盐水腐蚀性能。但由于航天器所处的高辐照、大温差、原子氧腐蚀等恶劣环境的限制，聚合物基体的复合材料易老化失效，不能满足要求。此外，合金与高分子的界面结合强度普遍较低，其力学性能的不足限制了该种材料的应用范围。王敬丰等人通过累次热轧制备了Al/Mg/Al复合板，并指出了界面阻尼对材料整体阻尼的贡献，但制备的Al/Mg/Al 复合板整体在低频下阻尼性能较低，当应变幅值小于1×10^-4时，Q^-10.02，难以满足要求。

由于钛镍记忆合金本身具有良好的阻尼性能，但其刚度很低，通过复合化，可以使钛镍记忆合金性能得到更大的应用。目前对钛镍记忆合金制备复合材料的研究集中在将记忆合金以纤维的形式加入金属或聚合物基体中，以期获得良好的力学性能。论文《新型NiTi/TiAl层状复合材料的制备与性能研究》报道了钛镍记忆合金纤维增强TiAl₃金属间化合物复合材料，该材料在室温低频下有着良好的阻尼性能。但因其纤维有取向，其性能具有各相异性，因而导致后期加工困难；且制备过程须人工铺层，而且生产效率较低。

发明内容

本发明为了解决钛镍记忆合金复合材料的性能存在各向异性的问题，提出一种高阻尼的钛镍记忆合金/金属层状复合材料。

本发明高阻尼的钛镍记忆合金/金属层状复合材料由数个钛镍记忆合金层和数个金属层构成，钛镍记忆合金层和金属层间隔设置；

所述金属层的弹性模量为钛镍记忆合金的1.5～7倍；

所述钛镍记忆合金层中含Ni原子百分比为48％～52％。

本发明原理及有益效果为：

1、本发明层状复合材料中，钛镍记忆合金层马氏体状态具有低弹性模量，约30GPa；金属层具有高弹性模量，为45～210GPa；钛镍记忆合金层和金属层交叠放置，在层间形成高的弹性模量差，在经历振动载荷时，通过层间剪切和局部变形的方式吸收能量。因此，本发明层状复合材料兼具了金属层的良好力学性能和钛镍记忆合金的高阻尼特性。

2、本发明钛镍记忆合金/金属层状复合材料中各层厚度与材料种类能够控制，从而实现对材料强度、密度、最佳阻尼温度、耐蚀性、导热与导电性进行调控。