高阻尼TiNi合金

等原子比的TiNi合金除具有獨特的形狀記憶效應(yīng)、超彈性效應(yīng)和良好的耐磨耐蝕性外，還有著優(yōu)異的阻尼性能，為當(dāng)前幾種最著名的高性能減振合金之一。用自蔓延高溫合成（燃燒合成）法制備了孔洞發(fā)達、形狀不規(guī)則、相對孔隙度50%左右的多孔TiNi合金。多孔體密度為3.15g/cm3，壓縮強度270MPa，壓縮變形率20%，壓縮彈性模量2.5GPa。其阻尼性能比相同成分的致密TiNi合金提高了50%以上，對振動的衰減比致密TiNi合金高一個數(shù)量級。
關(guān)鍵詞：高阻尼金屬；多孔材料；TiNi合金

隨著工業(yè)的發(fā)展，人們除了對機械提出高性能、高效率和高精度的要求外，還對由機械裝置引起的振動、噪聲及其對環(huán)境污染的治理日益重視起來，在振動和噪聲的控制技術(shù)中，阻尼減振降噪技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，正在發(fā)揮越來越大的作用。傳統(tǒng)的減振降噪方法是從結(jié)構(gòu)、加工裝配及附加減振器、吸聲器方面著手，起到了一定的作用。然而直接從材料入手，用高阻尼金屬作為振源或噪聲源的材料則是一種積極而有效的對策，簡便易行，成本低，適用范圍廣，受到人們的廣泛重視。高阻尼金屬有均質(zhì)金屬、復(fù)合板類和粉末金屬類，這些不同類型的結(jié)構(gòu)阻尼材料各有特點，用于不同方面[1,2]。
等原子比的TiNi合金具有獨特的形狀記憶效應(yīng)、超彈性效應(yīng)和良好的耐磨耐蝕性，作為形狀記憶合金著稱于世。除此之外，TiNi合金還有著優(yōu)異的阻尼性能，是幾種最好的高阻尼合金之一，在金屬中僅次于Mg合金〔3~5〕。但是由于TiNi合金超群的形狀記憶和超彈性效應(yīng)，使其作為阻尼合金的研究與開發(fā)受到了一定程度的冷落。即便是目前所進行的關(guān)于TiNi合金阻尼性能的研究，基本上也都集中在致密合金方面，有關(guān)多孔TiNi的阻尼性能還少有報道。
TiNi合金的傳統(tǒng)制備方法是真空熔煉法，制造成本較高。自蔓延高溫合成（燃燒合成）方法的出現(xiàn)為制造TiNi合金開辟了一條簡捷方便的道路。用這種方法可以比較方便地制備各種二元和多元TiNi合金，不但可制出致密材料，還能制取高孔隙的多孔TiNi合金[6~10]。對TiNi多孔合金的研究，多數(shù)是為了其醫(yī)學(xué)應(yīng)用，因而研究的重點在其力學(xué)性能、耐蝕性和生物相容性上。為了有效地利用這種合金，充分發(fā)揮其潛能，本文對TiNi多孔合金的阻尼性能及可能的應(yīng)用方向做了初步的研究和探討。
2 原料及試驗方法[7~10]
使用純鈦粉和鎳粉，按1∶1的原子比混合均勻，壓制成塊狀坯料后，在加熱爐中保護氣氛下自蔓延高溫合成TiNi金屬間化合物。通過控制燃燒合成工藝參數(shù)和過程，分別制備出多孔材料和致密鑄錠。將多孔坯料切割成適當(dāng)尺寸，觀察其顯微組織結(jié)構(gòu)和孔洞結(jié)構(gòu)，檢測其密度、孔隙度、硬度、室溫壓縮力學(xué)性能、馬氏體相變點和阻尼性能；結(jié)構(gòu)觀察使用JSM6460掃描電子顯微鏡；密度和孔隙度測量采用水中稱重法；力學(xué)性能在Instron1185材料試驗機上進行；采用懸臂梁法，使用BK2035測試分析系統(tǒng)、BK加速度計及脈沖錘（阻抗頭為鋼材料），測量多孔和致密合金的自由振動衰減，由振幅衰減曲線的對數(shù)衰減率求出相對阻尼系數(shù)，試驗溫度為室溫。