高阻尼TiNi合金

等原子比的TiNi合金除具有独特的形状记忆效应、超弹性效应和良好的耐磨耐蚀性外，还有着优异的阻尼性能，为当前几种最著名的高性能减振合金之一。用自蔓延高温合成（燃烧合成）法制备了孔洞发达、形状不规则、相对孔隙度50%左右的多孔TiNi合金。多孔体密度为3.15g/cm3，压缩强度270MPa，压缩变形率20%，压缩弹性模量2.5GPa。其阻尼性能比相同成分的致密TiNi合金提高了50%以上，对振动的衰减比致密TiNi合金高一个数量级。
关键词：高阻尼金属；多孔材料；TiNi合金

随着工业的发展，人们除了对机械提出高性能、高效率和高精度的要求外，还对由机械装置引起的振动、噪声及其对环境污染的治理日益重视起来，在振动和噪声的控制技术中，阻尼减振降噪技术的开发应用，正在发挥越来越大的作用。传统的减振降噪方法是从结构、加工装配及附加减振器、吸声器方面着手，起到了一定的作用。然而直接从材料入手，用高阻尼金属作为振源或噪声源的材料则是一种积极而有效的对策，简便易行，成本低，适用范围广，受到人们的广泛重视。高阻尼金属有均质金属、复合板类和粉末金属类，这些不同类型的结构阻尼材料各有特点，用于不同方面[1,2]。
等原子比的TiNi合金具有独特的形状记忆效应、超弹性效应和良好的耐磨耐蚀性，作为形状记忆合金著称于世。除此之外，TiNi合金还有着优异的阻尼性能，是几种最好的高阻尼合金之一，在金属中仅次于Mg合金〔3~5〕。但是由于TiNi合金超群的形状记忆和超弹性效应，使其作为阻尼合金的研究与开发受到了一定程度的冷落。即便是目前所进行的关于TiNi合金阻尼性能的研究，基本上也都集中在致密合金方面，有关多孔TiNi的阻尼性能还少有报道。
TiNi合金的传统制备方法是真空熔炼法，制造成本较高。自蔓延高温合成（燃烧合成）方法的出现为制造TiNi合金开辟了一条简捷方便的道路。用这种方法可以比较方便地制备各种二元和多元TiNi合金，不但可制出致密材料，还能制取高孔隙的多孔TiNi合金[6~10]。对TiNi多孔合金的研究，多数是为了其医学应用，因而研究的重点在其力学性能、耐蚀性和生物相容性上。为了有效地利用这种合金，充分发挥其潜能，本文对TiNi多孔合金的阻尼性能及可能的应用方向做了初步的研究和探讨。
2 原料及试验方法[7~10]
使用纯钛粉和镍粉，按1∶1的原子比混合均匀，压制成块状坯料后，在加热炉中保护气氛下自蔓延高温合成TiNi金属间化合物。通过控制燃烧合成工艺参数和过程，分别制备出多孔材料和致密铸锭。将多孔坯料切割成适当尺寸，观察其显微组织结构和孔洞结构，检测其密度、孔隙度、硬度、室温压缩力学性能、马氏体相变点和阻尼性能；结构观察使用JSM6460扫描电子显微镜；密度和孔隙度测量采用水中称重法；力学性能在Instron1185材料试验机上进行；采用悬臂梁法，使用BK2035测试分析系统、BK加速度计及脉冲锤（阻抗头为钢材料），测量多孔和致密合金的自由振动衰减，由振幅衰减曲线的对数衰减率求出相对阻尼系数，试验温度为室温。