[发明专利]一种具有高阻尼性能的金属基空心球复合材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种具有高阻尼性能的金属基空心球复合材料及制备方法，首先对制备的金属基空心球复合材料进行结构设计，将原材料打磨氧化层后依次叠放入模具中，随后在高温真空炉中，在0.9～1.1倍基体熔点的温度且低于空心球、板材的熔点下保温5～30min，同时沿堆叠方向施加1500Pa～0.03MPa的力，保温结束后随炉冷却，取出样品。本发明工艺简便，能够缩短生产周期，获得的复合材料内部有结合良好的界面，在单一结构的基础上，引入了层状结构，能够在保证复合材料结构排布的基础上，实现对金属基复合材料阻尼性能的提升，金属基复合材料同时兼具层状结构和均匀的孔隙结构，具有良好的阻尼性能。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体是一种具有高阻尼性能的金属基空心球复合材料及制备方法。

背景技术

减振降噪技术一直以来在工业领域和生活领域都发挥着重要的作用，不仅体现在减振降噪结构设计上，更体现在具有高阻尼性能的减振降噪材料研究方面。阻尼材料是改善设备、结构等阻尼性能的重要方向之一，因此具有高阻尼特性的减振降噪材料的发展备受关注。现有的减振降噪材料大都为具有高阻尼特性的高聚物粘弹性材料，虽然它们的阻尼性能优于金属阻尼材料，但金属阻尼材料的服役温度、使用寿命和强度普遍高于粘弹性材料，因此，基于工程领域对高阻尼、高强度等具有良好综合性能的新型材料的迫切需求，利用复合材料多级次的复合手段研制新型的金属阻尼材料是目前研究的热点。对金属材料阻尼性能的提升主要从材料和结构两方面入手，包括高阻尼合金的应用和多孔结构的应用。然而传统多孔金属材料的孔隙结构具有分布、尺寸、形状不均匀等特点，导致性能的不均匀和不稳定，而金属基空心球复合材料能够实现孔隙均匀分布的可控性，从而获得性能均一的多孔材料，可见金属基空心球复合材料作为新型的金属阻尼材料，能够在减振降噪领域具有良好的发展前景。

目前具有良好阻尼性能的金属材料多为通过化学刻蚀法、去模板法等方法制备的多孔高阻尼合金，制备过程工艺繁复，结构大多单一，主要依靠孔隙及缺陷等提升阻尼性能。而铸造法制备金属基空心球复合材料的制备流程较为简便，能够复合多种结构，同时降低成本，缩短生产周期，适用于复合材料的批量化生产。

近年来对于金属基空心球复合材料的研究大都集中在制备和力学性能方面，但是对其阻尼性能的研究甚少，尤其是在材料的选择和结构的创新方面缺少创新与研究。因此，本发明提出了一种具有高阻尼性能的金属基空心球复合材料，在单一结构的基础上，引入了层状结构，能够在调控复合材料结构的基础上，实现对金属基复合材料阻尼性能的提升，为其工业化生产和应用提供了技术基础。

发明内容

本发明提供了一种具有高阻尼性能的金属基空心球复合材料及制备方法，制得的金属基复合材料同时兼具层状结构和均匀的孔隙结构，具有良好的阻尼性能，对金属材料的阻尼性能有明显优化。

本发明采用的技术方案是：一种具有高阻尼性能的金属基空心球复合材料的制备方法，具体方法包括以下步骤：

步骤一、对制备的金属基空心球复合材料进行结构设计，完成铸造前材料的准备。将原材料按照“基体-板材-空心球-基体-板材-……”的顺序，在打磨氧化层后依次叠放入模具中，叠放的层数根据结构设计确定。

步骤二、铸造法实现材料成形。在高温真空炉中对堆叠好原材料的模具进行加热，保温5～30min，并在平行于材料堆叠方向上施加一定大小的力。

步骤三、样品随炉冷却后取出。

本发明还包括这样一些特征：

1.步骤一中所述的基体，材料种类主要包括铝及铝合金、不锈钢合金等；

2.步骤一中所述的板材，材料种类主要包括Ni-Ti基、铁基、铜基等高阻尼合金，板材厚度为0.10～0.20mm；

3.步骤一中所述的空心球，材料种类主要包括各类不锈钢、形状记忆合金、钛合金等，空心球外径尺寸为2～3mm；