法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2016-05-25
著录事项变更 IPC(主分类):C22C27/02 变更前: 变更后: 申请日:20131128
著录事项变更
2015-09-30
授权
授权
2014-03-26
实质审查的生效 IPC(主分类):C22C27/02 申请日:20131128
实质审查的生效
2014-02-26
公开
公开
技术领域:
本发明通过熔炼的方法制备β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:
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——Ti-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O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:
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。
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β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。
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、O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。
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、本发明采用熔炼方法制备,Nb0.3B在可达到最高阻尼性能,为0.032。
3、本发明制备的Nb0.3B在频率为10HZ下的峰值温度最高为340℃,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。
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。
附图说明:
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β相为合金主要组成相。
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—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10Hz.
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)。
图4为Nb0.45B(a)和Nb0.5B(b)的扫描电镜照片。
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:
采用粉末冶金方法制备Nb-xB(at%)(x=0.15,0.3,0.45,0.5)合金。
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。
2、将高纯B粉进行压片,压力为8MPa,时间为3min。
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。
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20.0mm×5.0mm×1.0mm的DMA测试试样和3mm见方的块状试样用于相分析及微观组织观察。
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。
表1DMA测试条件选择
除DMA测试之外,采用如下腐蚀剂:HF:HNO3:HO2=1:2:47对用砂纸打磨后的块状试样进行腐蚀处理,之后进行微观组织观察和分析。
6、通过分析可知,在Nb0.15B和Nb0.3B中,阻尼性能为上升趋势,在光镜、扫描电镜和透射电镜中均为发现第二相,即证明B原子的添加在0.3at%之前可完全固溶进入Nb中,继续添加B原子得到的Nb0.45B和Nb0.5B的阻尼性能相较Nb0.3B出现了下降,且通过相分析和微观组织观察出现第二相。
7、分析透射电镜高分辨照片,计算第二相的晶面间距并与PDF卡片进行比对,得到与XRD衍射图谱相同的结果,该第二相为Nb和B的金属间化合物B2Nb3。
机译: 形状记忆效应的多功能防锈纳米结构阻尼阻尼合金对具有六方ε-马氏体结构的铁的介稳基以及使用这些合金具有自组织,自组织和自组织结构效应的合金摩擦表面,具有自阻尼的振动和噪声效果
机译: 控制阻尼度和机械性能的铁基高阻尼合金及高阻尼合金制成的产品
机译: 由于波浪能量和海水中所含的悬浮土壤颗粒而导致的沿海开垦方法。一种在海洋沿海地区衰减海浪动能的方法。带有液压挡板的耐水盆,用于阻尼和消散海浪的能量(选装件)。通过将波浪撞击液压障碍物来阻尼海浪能量的方法以及以水阻盆形式的液压障碍物形式阻尼海浪能量的装置,该阻尼器用于阻尼和消散海浪能量,同时增加了单位时间内从海中的水传输量,同时减少了单位时间内回水的流量在海里。一种通过波的横截面区分波速并区分海洋沿岸区域的正向和反向水道通过的装置(可选)