一種Ti-Nb-xB體系高阻尼合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Ti-Nb-xB體系高阻尼合金，用電弧熔煉方法制備得到，基本步驟是：將鈦板切割成小塊，鈮絲截成小段，硼粉末壓成小圓片；去除金屬表面油漬；去除金屬表面氧化皮；按照Ti-25Nb-xB(at％)(x＝0.5，1，1.5，2)的配比稱量；將稱量好的原料放入水冷坩堝中進行電弧熔煉，反復熔煉5次，得到紐扣合金錠；將制備好的合金錠切割并進行組織觀察和性能測試。本發(fā)明合金中硼原子作為Snoek弛豫效應中的小半徑間隙原子更易添加至相應的高阻尼鈦合金中，可以取代C、N、O等原子成為新的間隙原子。B元素的添加量對合金的力學性能影響較大，隨著B元素的增加，合金的屈服強度出現(xiàn)降低，但隨后出現(xiàn)應變強化，塑性變形量有一定的增加。
【專利說明】—種T1-Nb-xB體系高阻尼合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】 [0001] 本發(fā)明屬于Snoek型高阻尼鈦合金領(lǐng)域，涉及用電弧熔煉方法制備一種B代替C、N、O等元素參與鈦合金弛豫過程的新體系合金。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學技術(shù)的不斷進步，在工業(yè)部門中對機器的運行速度、精度和壽命的要求越來越高，很多零部件也因為振動等原因顯著影響系統(tǒng)性能的提高。在軍事領(lǐng)域中，振動、噪聲嚴重影響到系統(tǒng)的隱蔽性，這些原因都導致好多軍事裝備被發(fā)現(xiàn)，比如潛艇和偵察機等等。在日常生活中，隨著建筑領(lǐng)域的發(fā)展，無論是樓房還是橋梁之類的建筑物都是越建越高，地震和臺風等自然災害對這些結(jié)構(gòu)的破壞作用就越來越凸顯。于是，人們迫切需要高性能的新型阻尼材料才填補這些領(lǐng)域的不足，主要是用于減振降噪方面的阻尼性能和力學性能都可控的高阻尼材料，于是開發(fā)新型的高阻尼材料成為當下的重中之重。
[0003]選擇Snoek型高阻尼鈦合金作為研究對象主要是基于下列基本條件:
[0004]一、高阻尼鈦合金具有足夠的阻尼值和較寬的峰溫范圍，能使合金的性能更加適合使用的環(huán)境。
[0005]二、鈦合金在溫度較高時晶體結(jié)構(gòu)是β相，穩(wěn)定β相組織的體心立方結(jié)構(gòu)能保證間隙原子在外部應力作用下的擴散和再分布，同時，β相鈦合金也具有良好的力學性能，較高的耐熱穩(wěn)定性能。
[0006]Snoek弛豫效應被發(fā)現(xiàn)至今已經(jīng)有許多年的歷史，人們也相繼在二元和三元合金體系中觀察到這一現(xiàn)象，但是對于這一理論的研究還不足，不同的學者對于Snoek弛豫過程的一些物理參數(shù)之間的關(guān)系沒有給出統(tǒng)一的解釋，不同人有不同的看法。對于產(chǎn)生弛豫過程的小半徑間隙原子的考察也不充足，早在多年前就有學者報導過作為間隙原子的元素有C、N、0等元素，可能還有B。但是后來發(fā)現(xiàn)的Snoek弛豫理論中，產(chǎn)生弛豫的小半徑原子
C、N和O等相繼被發(fā)現(xiàn)，對于B可否作為間隙原子參與弛豫過程尚未見報導，因此我們需要進行新體系的研發(fā)，制備T1-Nb-B體系合金，考察B作為小半徑間隙原子對Snoek弛豫過程的影響，彌補現(xiàn)有阻尼合金的不足以及開發(fā)具有良好性能的高阻尼合金體系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種采用電弧熔煉的方法制備以B作為間隙原子參與鈦合金Snoek弛豫過程的新T1-Nb-B體系合金,初步探索B元素對Snoek弛豫過程的貢獻。
[0008]本發(fā)明一種T1-Nb-xB體系高阻尼合金，具有以下分子式組成:T1-25Nb-xB(at% )，其中，x = 0.5~2 ;并采用電弧熔煉方法制備獲得。
[0009]所述T1-Nb-xB體系高阻尼合金的分子式可以為T1-25Nb-0.5B、Ti_25Nb_lB、T1-25Nb-l.5B 和 Ti_25Nb_2.0B 中的一種。
[0010]本發(fā)明T1-Nb-xB體系高阻尼合金的制備方法，包括以下步驟:[0011]步驟一、取鈦金屬塊和鈮金屬絲段，并將硼粉末壓成圓片備用；
[0012]步驟二、去除鈦和鈮金屬表面油潰:分別用50%濃度的丙酮浸泡鈦金屬塊和鈮金屬絲段8h以上，在超聲波清洗機中進行清洗，然后用酒精清洗干凈；
[0013]步驟三、去除鈦和鈮金屬表面氧化皮:用重量比例為HF:HN03:H20 = 1:2:47的清洗液分別對鈦金屬塊和鈮金屬絲段進行酸洗2min，然后用酒精進行超聲清洗；
[0014]步驟四、按照原子百分比為T1-25Nb_xB，其中x = 0.5~2的配比對鈦金屬塊、鈮金屬絲段和硼粉末進行稱量；
[0015]步驟五、將上述稱量好的各組分放入水冷坩堝中進行電弧熔煉，反復熔煉5次，得到分子式為T1-25Nb-xB的高阻尼合金錠，其中，X = 0.5~2。
[0016]本發(fā)明制備方法中采用電弧熔煉的方法對原料進行反復熔煉，使得各種元素進行充分擴散，獲得致密的、組織均勻的T1-Nb-xB體系合金。通過對本發(fā)明獲得的T1-25Nb-xB的高阻尼合金錠切割并進行組織觀察和性能測試后，可得:本發(fā)明T1-Nb-xB體系高阻尼合金中硼原子作為Snoek弛豫效應中的小半徑間隙原子更易添加至相應的高阻尼鈦合金中，可以取代C、N、O等原子成為新的間隙原子。隨著B含量的增加，合金的強度有一定程度的降低，但是峰值和動態(tài)儲能模量都出現(xiàn)升高，出現(xiàn)多峰現(xiàn)象。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明制備方法獲得的T1-Nb-xB體系高阻尼合金的X射線衍射圖譜，其中，(a)示出的是 T1-25Nb-0.5B，(b)示出的是 Ti_25Nb_lB，(c)示出的是 T1-25Nb_l.5B，(d )示出的是 T1-25Nb-2B ；
[0018]圖2為本發(fā)明制備方法獲得的T1-Nb-xB體系高阻尼合金在不同頻率下的Snoek弛豫峰隨著溫度的變化曲線，(a)T1-25Nb-0.5B(b)T1-25Nb-2B ；
[0019]圖3為本發(fā)明制備方法獲得的T1-Nb-xB體系高阻尼合金的室溫壓縮應力-應變曲線，其中(a)示出的是T1-25Nb-0.5B，(b)示出的是Ti_25Nb_lB，( c )示出的是T1-25Nb-l.5B, ( d )示出的是 Ti_25Nb_2B ;
[0020]圖4為本發(fā)明制備方法獲得的T1-Nb-xB體系高阻尼合金的金相組織，其中，(a)示出的是 T1-25Nb-0.5B，(b)示出的是 Ti_25Nb_lB，( c )示出的是 Ti_25Nb_L 5B，( d )示出的是 T1-25Nb-2B ；
[0021]圖5為本發(fā)明制備方法獲得的鑄態(tài)T1-25Nb_2B合金的SEM組織。
【具體實施方式】
[0022]采用電弧熔煉的方法制備T1-Nb-xB (at % ) (x = 0.5，I, 1.5，2)體系合金。
[0023]實施例1:
[0024]采用電弧熔煉方法制備T1-25Nb_0.5B合金
[0025]步驟一、將鈦板切割成小塊，鈮絲截成小段，硼粉壓成Φ5πιπι的小圓片。
[0026]步驟二、去除金屬表面油潰:用50%濃度的丙酮浸泡切好的鈦塊8h以上，在超聲波清洗機中進行清洗，然后用酒精清洗干凈即可。
[0027] 步驟三、去除金屬表面氧化皮:用比例為HF = HNO3 = H2O= 1:2:47的清洗液進行酸洗2min，然后用酒精進行超聲清洗。[0028]步驟四、按照T1-25Nb_0.5B(at% )的配比對原料進行稱量。
[0029]步驟五、將稱量好的原料放入水冷坩堝中進行電弧熔煉，反復熔煉5次，得到一紐扣合金徒。
[0030] 對上述實施例1獲得的合金錠進行試樣處理，獲得符合測試要求的XRD衍射試樣、阻尼試樣和壓縮試樣。阻尼性能測試在TA-Q800型動態(tài)力學分析儀(DMA)上進行，測試條件見表1。除DMA測試之外，對經(jīng)過拋光的試樣腐蝕處理，進行微觀組織觀察和分析。
[0031]表1DMA測試條件選擇
【權(quán)利要求】
1.一種T1-Nb-XB體系高阻尼合金，其特征在于，具有以下分子式組成:T1-25Nb-xB(at% )，其中，x = 0.5~2 ;并采用電弧熔煉方法制備獲得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述T1-Nb-xB體系高阻尼合金，其特征在于，具有以下分子式組成:T1-25Nb-0.5B (at% )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述T1-Nb-xB體系高阻尼合金，其特征在于，具有以下分子式組成:T1-25Nb-lB(at% )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述T1-Nb-xB體系高阻尼合金，其特征在于，具有以下分子式組成:T1-25Nb-l.5B (at% )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述T1-Nb-xB體系高阻尼合金，其特征在于，具有以下分子式組成:T1-25Nb-2B (at% )。
6.一種如權(quán)利要求1所述T1-Nb-xB體系高阻尼合金的制備方法，包括以下步驟: 步驟一、取鈦金屬塊和鈮金屬絲段，并將硼粉末壓成圓片備用； 步驟二、去除鈦和鈮金屬表面油潰:分別用50%濃度的丙酮浸泡鈦金屬塊和鈮金屬絲段8h以上，在超聲波清洗機中進行清洗，然后用酒精清洗干凈； 步驟三、去除鈦和鈮金屬表面氧化皮:用重量比例為HF:HN03:H20 = 1:2:47的清洗液分別對鈦金屬塊和鈮金屬絲段進行酸洗2min，然后用酒精進行超聲清洗； 步驟四、按照原子百分比為T1-25Nb-xB，其中X = 0.5~2的配比對鈦金屬塊、鈮金屬絲段和硼粉末進行稱量； 步驟五、將上述稱量好的各組分放入水冷坩堝中進行電弧熔煉，反復熔煉5次，得到分子式為T1-25Nb-xB的高阻尼合金錠，其中，X = 0.5~2。
【文檔編號】C22C1/02GK103993199SQ201410255055
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】余黎明, 王磊, 劉永長, 李會軍 申請人:天津大學