材料現(xiàn)代研究方法

張峻巍背景

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備趨向于高速、高效和自動(dòng)化，對(duì)振動(dòng)、沖擊、噪聲的控制也日趨重要?；鸺?、衛(wèi)星失效分析表明，約2/3的故障與振動(dòng)和噪聲有關(guān)；另外，振動(dòng)和噪聲也會(huì)污染環(huán)境，危害人們的身心健康；內(nèi)燃機(jī)曲軸依靠材料阻尼可消耗60-65%的能量。

阻尼基本原理及阻尼技術(shù)基本原理：損耗能量，即如何把受激振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其它形式的能（如熱能、變形能等）而使系統(tǒng)盡快恢復(fù)到受激前的狀態(tài)。阻尼技術(shù)：

系統(tǒng)阻尼：在系統(tǒng)中設(shè)置專用阻尼減振器，如減振彈簧、沖擊阻尼器等。結(jié)構(gòu)阻尼：在系統(tǒng)的某一振動(dòng)結(jié)構(gòu)上附加材料或形成附加結(jié)構(gòu)，增加系統(tǒng)自身的阻尼能力，這類方法包括結(jié)合面阻尼、庫(kù)侖摩擦阻尼和復(fù)合結(jié)構(gòu)阻尼等。

材料阻尼：依靠材料本身所具有的高阻尼特性達(dá)到減振降噪的目的。材料阻尼與阻尼材料根據(jù)阻尼材料的特性，我們將阻尼定義如下：阻尼又稱內(nèi)耗，是指一個(gè)自由振動(dòng)的固體在與外界完全隔離的狀態(tài)下能將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能的現(xiàn)象。阻尼材料分類：粘彈性阻尼材料智能型阻尼材料高阻尼合金（阻尼系數(shù)SDC＞10%或內(nèi)耗Q-1＞10-2的合金）阻尼復(fù)合材料無(wú)機(jī)類阻尼材料多孔材料等

形狀記憶合金的阻尼機(jī)制

形狀記憶合金在一定溫度會(huì)發(fā)生熱彈性馬氏體相變，并且由于熱彈性馬氏體相變的自協(xié)調(diào)和馬氏體中形成的各種界面（孿晶面、相界面、變體界面）的滯彈性遷移吸收能量而使合金展現(xiàn)出良好的阻尼性能。

三元TiNiCu形狀記憶合金具有獨(dú)特的性能：形狀記憶效應(yīng)超彈性窄滯后高阻尼低成分敏感性是制備具有快速響應(yīng)頻率的傳感器和致動(dòng)器的理想材料。三元TiNiCu

合金的特征

研究目的通過研究Ti50Ni25Cu25形狀記憶合金的性能，特別是在阻尼方面的性能，探討該合金的實(shí)際應(yīng)用前景。

研究?jī)?nèi)容Ti50Ni25Cu25形狀記憶合金

熱彈性馬氏體相變特征顯微組織刻蝕液：HNO3:HF=(70-90):(30-10)電阻實(shí)驗(yàn)Figure2.DSCversustemperaturecurvesoftheTi50Ni25Cu25shapememoryalloy.Figure2.DSCversustemperaturecurvesoftheTi50Ni25Cu25shapememoryalloy.Figure2.DSCversustemperaturecurvesoftheTi50Ni25Cu25shapememoryalloy.DSC實(shí)驗(yàn)Ti50Ni25Cu25

合金選溫XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜Ti50Ni25Cu25

合金的XRD圖譜熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)小結(jié)在-150℃—+150℃溫度區(qū)間內(nèi),Ti50Ni25Cu25形狀記憶合金僅發(fā)生一級(jí)B2?B19熱彈性馬氏體相變，馬氏體相變溫度為Ms=77.3℃、Mf=62.1℃、As=70.5℃和Af=84.1℃，相變滯后As-Ms僅為7℃左右。至少在在5次熱循環(huán)以內(nèi)，合金的形狀記憶特性是穩(wěn)定的。Ti50Ni25Cu25形狀記憶合金

阻尼性能的研究恒溫條件下頻率對(duì)合金內(nèi)耗的影響恒溫條件下應(yīng)變振幅對(duì)合金內(nèi)耗的影響恒溫條件下外部參數(shù)對(duì)合金內(nèi)耗的影響靜滯后型

變溫條件下合金的內(nèi)耗頻率：f=1Hz；應(yīng)變振幅：ε=0.04%；升/降溫速率：T=5℃/min；

變溫條件下頻率對(duì)合金內(nèi)耗的影響應(yīng)變振幅：ε=0.004%；升溫速率：T=5K/min；

變溫條件下應(yīng)變振幅對(duì)合金內(nèi)耗的影響頻率：f=1Hz；升溫速率：T=5K/min；

變溫條件下升溫速率對(duì)合金內(nèi)耗的影響頻率：f=1Hz；應(yīng)變振幅：ε=0.004%變溫條件下外部參數(shù)對(duì)合金內(nèi)耗的影響小結(jié)Ti50Ni25Cu25形狀記憶合金具有較高的阻尼性能，在一定條件下，其馬氏體內(nèi)耗tgδ可達(dá)0.027-0.031；相變內(nèi)耗峰值更是高達(dá)tgδ=0.165（加熱）/0.202（冷卻）。Ti50Ni25Cu25形狀記憶合金

的基本性能熔點(diǎn)初始磁化曲線

合金的磁矩幾乎為零，而且隨著磁場(chǎng)的增加幾乎沒有變化。說明該合金在馬氏體狀態(tài)時(shí)磁性很弱，不隨磁場(chǎng)強(qiáng)弱變化而變化。heating平均斷裂強(qiáng)度為：382.32MPa；平均最大延伸率為：3.8%拉伸曲線顯微硬度

沖擊特征曲線

Ti50Ni25Cu25合金在馬氏體狀態(tài)時(shí)，其沖擊吸收功AKV僅約為4.894J，沒有塑性變形消耗能量，其斷裂為脆性破壞。小結(jié)真空感應(yīng)熔煉的Ti50Ni25Cu25形狀記憶合金的熔點(diǎn)為995±5℃。Ti50Ni25Cu25合金在室溫馬氏體狀態(tài)時(shí)磁性很弱，而且不隨磁場(chǎng)強(qiáng)弱變化而變化。Ti50Ni25Cu25合金的平均斷裂強(qiáng)度為382.32MPa；平均最大延伸率為3.8%；其在斷裂前的形狀恢復(fù)率可達(dá)到100%。Ti50Ni25Cu25合金是一種硬度低、沖擊韌性差的脆性材料。稀土元素Y改性Ti50Ni25Cu25

形狀記憶合金的研究非自耗法制備的Ti50Ni25-XCu25YX(at.%)

合金的DSC曲線真空感應(yīng)熔煉法制備的Ti50Ni24Cu25Y1

(at.%)合金的DSC曲線合金相變溫度隨稀土元素Y變化規(guī)律Ti50Ni24Cu25Y1合金的選溫XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜Ti50Ni24Cu25Y1合金的XRD圖譜顯微組織真空感應(yīng)熔煉法制備的(a)Ti50Ni25Cu25和(b)Ti50Ni24Cu25Y1合金（HNO3:HF=(70-90):(30-10)刻蝕）顯微組織真空感應(yīng)熔煉法制備的(a)Ti50Ni25Cu25和(b)Ti50Ni24Cu25Y1合金（拋光）EDAX分析分析討論徐祖耀等人ScriptaMaterialia，1998,39(10):1483-1487；

MaterialsLetters，2003,57:2787-2791少量的Y促進(jìn)了馬氏體形核幾率，細(xì)化晶粒，從而提高了合金B(yǎng)19馬氏體相的穩(wěn)定性，降低了B2母相的穩(wěn)定性，并因此提高了合金的相變溫度；而添加大量的Y又導(dǎo)致了第二相質(zhì)點(diǎn)Cu2Y的析出，減少了固溶量并改變內(nèi)應(yīng)力，從而使Ms相對(duì)降低。阻尼性能

頻率：f=1Hz；應(yīng)變振幅：ε=0.04%；升/降溫速率：T=5℃/min；

顯微硬度

小結(jié)在0.1-2at.%含量范圍內(nèi)，稀土元素Y的加入提高了Ti50Ni25Cu25合金馬氏體相變溫度。其中，加入0.1at.%，相變溫度提高最大，約13℃；隨著Y含量的增加，相變溫度提高量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

選溫XRD實(shí)驗(yàn)表明：在一定溫度范圍內(nèi)，Ti50Ni24Cu25Y1合金也經(jīng)歷了一級(jí)B2

B19熱