CN110918998B - 一种高阻尼5083Al/Ti复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高阻尼5083Al/Ti复合材料。该钛基复合材料增强相为5083铝合金，基体为多孔纯钛块(由纯钛粉烧结获得)，造孔剂为NH4HCO3颗粒，增强相在基体中的含量为16％‑48％；该复合材料通过造孔烧结后熔渗获得，多孔纯钛烧结温度为1050℃，保温1‑2小时后取出多孔纯钛空冷，然后将5083铝合金放置于熔炼炉内，加热至800℃，使铝合金全部熔化，再将多孔纯钛放入熔炼炉内，在800℃下保温2小时，随后将试样取出空冷，获得5083Al/Ti复合材料；本发明制备的5083Al/Ti复合材料具有优异的阻尼性能，在30℃‑200℃温度范围内，该复合材料阻尼性能均比其基体材料有大幅提高；30℃时5083Al/Ti复合材料的内耗值比其基体内耗值提高了220％‑750％，200℃时内耗值比其基体内耗值提高了190％‑380％。

Description

一种高阻尼5083Al/Ti复合材料及其制备方法
技术领域
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。
发明内容
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(DMA Q800，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。
Figure BDA0002286190470000061

Claims (1)

1.一种高阻尼5083Al/Ti复合材料，其特征在于该钛基复合材料增强相为5083铝合金，基体为由纯钛粉烧结获得的多孔纯钛块，造孔剂为NH4HCO3颗粒，粒径300-500µm，增强相在基体中的含量为16%-48%；该5083Al/Ti复合材料具有优异的阻尼性能，密度比纯钛低，可控制增强相尺寸，不存在界面反应的问题；该复合材料的制备方法具体步骤为：
（1）将纯钛粉和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，再将一定量混合均匀的粉末置于方形模具中，模具的长、宽、高分别为30mm、10mm、5mm，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；
（2）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；
（3）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℃，使铝块全部熔化，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。
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