[发明专利]一种高阻尼形状记忆合金的应用

说明书

【技术领域】

本发明属于阻尼合金材料领域，具体涉及一种高阻尼形状记忆合金的应用。

【背景技术】

阻尼或内耗(Damping)是指材料损耗振动能或声能并转化为热能等其他形式能量的物理性质，它与超塑性、形状记忆特性一起被称为材料的三大功能特性。随着科学技术的迅猛发展，对器件的小型化、智能化和精密程度的要求越来越高，亟需各类功能材料，特别是兼具降噪能力的阻尼功能材料。因此，开发新型阻尼功能材料是当代材料研究者所面临的一项艰巨任务。

阻尼合金是众多阻尼材料中重要的分支之一。根据阻尼能力的强弱可分为两类：一类是铝合金、铜合金、钛合金和钢等金属，其阻尼性能低(Q^-1≤10^-2)；另一类是Mg、Fe、Ni、Zn-Al、Mg-Zr、Mn-Cu等特殊的金属材料，它们的阻尼性能较高(Q^-1≥10^-2)。这类高阻尼合金的阻尼机制有四种：(1)相界或晶界粘滞性(Fe-C-Si、Al-Zn等)；(2)磁畴壁的不可逆位移(Fe-Cr、Fe-Cr-Al、Co-Ni以及Fe、Ni等)；(3)位错运动以及位错与点缺陷交互作用(Mg、Mg-Zr等)；(4)马氏体孪晶界移动性(Mn-Cu、Mn-Cu-Al、Cu-Al-Ni、Cu-Zn-Al和Ni-Ti等)。其中由于马氏体孪晶界移动性而导致的孪晶型阻尼效应具有的高稳定性、宽温度区间、制备方法简单等优点而被深入研究。

孪晶型阻尼存在于发生热弹性马氏体相变的形状记忆合金中，一般而言马氏体孪晶界的移动性会使马氏体态的内耗值高于母相的内耗值，但是如何才能获得高阻尼以及如何调控阻尼性能一直是形状记忆合金中研究的重点内容。Ti-Ni基形状记忆合金中由于H与孪晶界的相互作用可使弛豫阻尼值在0.04-0.2之间，其温度区间为200-260K。【参考文献：(1)Genlian Fan,Yumei Zhou,Kazuhiro Otsuka,and Xiaobing Ren.Ultrahigh damping in R-phase state of Ti–Ni–Fe alloy[J].APPLIED PHYSICS LETTERS 89,161902(2006).(2)G.Fan,Y.Zhou,K.Otsuka,et al.Effects of frequency,composition,hydrogen and twin boundary density on the internal friction of Ti₅₀Ni_50-xCu_x shape memory alloys[J].Acta Materialia 54(2006)5221–5229.】Mn-30Cu形状记忆合金在300K以下具有较高的阻尼特性(Q^-1＞0.04)。【参考文献：F.X.Yin,T.Sakaguchi,Q.C.Tian,A.Sakurai,K.Nagai,Mater.Trans.46(2005)2164.】有研究报道了Ti–45Pd–5Cr合金在250K-450K的温度区内有高阻尼平台(Q^-1≈0.05)出现；当Ti–45Pd–5Cr合金掺入H后，阻尼峰值Q^-1可增加到0.09，温度区间为305K-370K。【参考文献：Y.Zhou,G.Fan,D.Xue,et al.High damping capacity in a wide ambient-temperature range in hydrogen-doped and hydrogen-free Ti–45Pd–5Cr martensitic alloy[J].Scripta Materialia 61(2009)805–808.】以上传统形状记忆合金虽然具备较好的阻尼性能，但是它们的阻尼性能不够智能，合金成分一旦确定阻尼值也相应固定下来，不符合阻尼材料智能化的发展趋势。近年来，铁磁型形状记忆合金的阻尼行为受到了广泛关注，特别是Ni-Mn-Ga铁磁性形状记忆合金。Ni_52.3Mn_27.4Ga_20.3单晶样品在370K附近具有很高的孪晶型阻尼峰(Q^-1>0.1)。【参考文献：I.Aaltio,M.Lahelin,O.Soderberg et al.Temperature dependence of the damping properties of Ni–Mn–Ga alloys[J].Materials Science and Engineering A,481–482(2008)314–317.】更重要的是，研究发现施加0.4T磁场时，Ni₅₂Mn₂₄Ga₂₄单晶样品在温度低于273K时会出现了磁场诱发的阻尼峰(Q^-1≈0.2)。【参考文献：W.H.Wang,G.D.Liu and G.H.Wu.Magnetically controlled high damping in ferromagnetic Ni₅₂Mn₂₄Ga₂₄single crystal[J].Appl.Phys.Lett.89,101911(2006).】虽然磁性Ni-Mn-Ga单晶有较好的阻尼性能，且能出现了磁控阻尼效应，但单晶制备工艺复杂，实际应用性受到制约。因此，开发可磁控、宽温度区间、成本低且制备方法简单、适合大规模生产的磁控高阻尼形状记忆合金显得尤为迫切。