[发明专利]一种Ti-Nb-xB体系高阻尼合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于Snoek型高阻尼钛合金领域，涉及用电弧熔炼方法制备一种B代替C、N、O等元素参与钛合金弛豫过程的新体系合金。

背景技术

随着科学技术的不断进步，在工业部门中对机器的运行速度、精度和寿命的要求越来越高，很多零部件也因为振动等原因显著影响系统性能的提高。在军事领域中，振动、噪声严重影响到系统的隐蔽性，这些原因都导致好多军事装备被发现，比如潜艇和侦察机等等。在日常生活中，随着建筑领域的发展，无论是楼房还是桥梁之类的建筑物都是越建越高，地震和台风等自然灾害对这些结构的破坏作用就越来越凸显。于是，人们迫切需要高性能的新型阻尼材料才填补这些领域的不足，主要是用于减振降噪方面的阻尼性能和力学性能都可控的高阻尼材料，于是开发新型的高阻尼材料成为当下的重中之重。

选择Snoek型高阻尼钛合金作为研究对象主要是基于下列基本条件：

一、高阻尼钛合金具有足够的阻尼值和较宽的峰温范围，能使合金的性能更加适合使用的环境。

二、钛合金在温度较高时晶体结构是β相，稳定β相组织的体心立方结构能保证间隙原子在外部应力作用下的扩散和再分布，同时，β相钛合金也具有良好的力学性能，较高的耐热稳定性能。

Snoek弛豫效应被发现至今已经有许多年的历史，人们也相继在二元和三元合金体系中观察到这一现象，但是对于这一理论的研究还不足，不同的学者对于Snoek弛豫过程的一些物理参数之间的关系没有给出统一的解释，不同人有不同的看法。对于产生弛豫过程的小半径间隙原子的考察也不充足，早在多年前就有学者报导过作为间隙原子的元素有C、N、O等元素，可能还有B。但是后来发现的Snoek弛豫理论中，产生弛豫的小半径原子C、N和O等相继被发现，对于B可否作为间隙原子参与弛豫过程尚未见报导，因此我们需要进行新体系的研发，制备Ti-Nb-B体系合金，考察B作为小半径间隙原子对Snoek弛豫过程的影响，弥补现有阻尼合金的不足以及开发具有良好性能的高阻尼合金体系。

发明内容

针对上述现状，本发明提供了一种采用电弧熔炼的方法制备以B作为间隙原子参与钛合金Snoek弛豫过程的新Ti-Nb-B体系合金，初步探索B元素对Snoek弛豫过程的贡献。

本发明一种Ti-Nb-xB体系高阻尼合金，具有以下分子式组成：Ti-25Nb-xB(at％)，其中，x＝0.5～2；并采用电弧熔炼方法制备获得。

所述Ti-Nb-xB体系高阻尼合金的分子式可以为Ti-25Nb-0.5B、Ti-25Nb-1B、Ti-25Nb-1.5B和Ti-25Nb-2.0B中的一种。

本发明Ti-Nb-xB体系高阻尼合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、取钛金属块和铌金属丝段，并将硼粉末压成圆片备用；

步骤二、去除钛和铌金属表面油渍：分别用50％浓度的丙酮浸泡钛金属块和铌金属丝段8h以上，在超声波清洗机中进行清洗，然后用酒精清洗干净；

步骤三、去除钛和铌金属表面氧化皮：用重量比例为HF:HNO₃:H₂O＝1:2:47的清洗液分别对钛金属块和铌金属丝段进行酸洗2min，然后用酒精进行超声清洗；

步骤四、按照原子百分比为Ti-25Nb-xB，其中x＝0.5～2的配比对钛金属块、铌金属丝段和硼粉末进行称量；

步骤五、将上述称量好的各组分放入水冷坩埚中进行电弧熔炼，反复熔炼5次，得到分子式为Ti-25Nb-xB的高阻尼合金锭，其中，x＝0.5～2。

本发明制备方法中采用电弧熔炼的方法对原料进行反复熔炼，使得各种元素进行充分扩散，获得致密的、组织均匀的Ti-Nb-xB体系合金。通过对本发明获得的Ti-25Nb-xB的高阻尼合金锭切割并进行组织观察和性能测试后，可得：本发明Ti-Nb-xB体系高阻尼合金中硼原子作为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，可以取代C、N、O等原子成为新的间隙原子。随着B含量的增加，合金的强度有一定程度的降低，但是峰值和动态储能模量都出现升高，出现多峰现象。

附图说明

图1为本发明制备方法获得的Ti-Nb-xB体系高阻尼合金的X射线衍射图谱，其中，(a)示出的是Ti-25Nb-0.5B，(b)示出的是Ti-25Nb-1B，(c)示出的是Ti-25Nb-1.5B，(ｄ)示出的是Ti-25Nb-2B；