一种界面无缺陷的高阻尼钛镍-钛基层状复合材料的快速制备方法技术

本发明专利技术公开了一种界面无缺陷的高阻尼钛镍

【技术实现步骤摘要】
一种界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的快速制备方法


[0001]本专利技术属于钛基复合材料
，具体涉及一种界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的快速制备方法。

技术介绍

[0002]金属钛由于具有较低的密度、优良的高温和低温性能以及优异的耐腐蚀等性能已在航空、航天领域得到广泛的应用，被誉为“太空金属”。目前，对于钛及其合金的研究主要集中在调控成分和结构，以期大幅度提高力学性能。然而，航空航天用材料的服役环境复杂，只关注力学性能的提升是存在局限性的。高速运行的飞行器在服役过程会产生严重的宽频带随机振动和噪声环境，致使结构出现疲劳失效和动态失稳。因此，提升航空航天用材料的阻尼性能即减振、降噪性能也是至关重要的。
[0003]钛镍合金是一种孪晶型阻尼合金，其在应力或温度的改变下会诱发马氏体相变，致使马氏体孪晶晶界的移动，引起应力与应变的相位静态滞后，因此常被作为阻尼增强相与结构材料进行复合。然而，由于钛与钛镍合金在物理、化学性能上存在较大的差异，二者在连接过程中，结合界面处会产生较大的晶格错配，极易生成裂纹、孔洞等缺陷。因此，对钛镍/钛界面组织进行无缺陷调控，将会进一步推进钛镍
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钛复合材料的在减振降噪领域的应用。
[0004]目前，国内外研究人员主要通过焊接的手段对钛镍合金与钛进行结合。Miranda等采用激光焊接对钛镍合金与钛进行连接，研究表明，激光焊接可以实现钛镍合金与钛及其合金的高效复合，但在焊接接头处有很大的开裂倾向，接头区域普遍存在横向和纵向裂纹。Deng等人通过搅拌摩擦焊对钛镍合金与钛合金进行结合，研究发现，残余变形与摩擦热的热力耦合促进了界面反应层的形成，并使其显著粗化，严重影响了界面结合质量。Simoes等人将交替排布的纳米镍/钛薄膜置于钛镍合金与钛合金箔材之间，并采用反应扩散焊实现钛镍合金与钛合金的复合。该方法在焊接之前需要通过磁控溅射方法在焊接材料表面沉积纳米级薄膜，该过程操作较为复杂，无法实现批量化制备。并且，由于反应扩散焊过程中原子扩散较慢，该方法需要在750℃下保温60min钟以上才可实现金属箔材的连接，因此制备效率较低。钛镍合金的阻尼性能对成分较为敏感，高温长时烧结极易改变钛镍合金的成分，影响其阻尼增强作用。因此，在保证界面无缺陷的基础上，尽可能降低材料的制备温度与时间，从而保留钛镍合金的高阻尼增强作用是钛镍
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钛基复合材料设计的关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的快速制备方法。该方法采用低温短时的放电等离子烧结降低了钛箔材与钛镍箔材的界面反应程度，减少对钛镍箔材成分的影响，保留了钛镍合金的高阻尼增强特性，实现了界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的快速高效制
备，解决了高温长时烧结导致界面缺陷影响复合材料高阻尼特性的难题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的快速制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、钛镍箔材与钛箔材的切割：采用快走丝电火花线切割，将钛镍箔和钛箔分别切割成矩形的钛镍箔材和钛箔材，然后对矩形的钛镍箔材和钛箔材的直角位置均进行倒圆角处理；
[0008]步骤二、钛镍箔材与钛箔材的预处理：采用粗砂纸打磨步骤一中经倒圆角处理后的钛镍箔材和箔材的截面，然后采用细砂纸打磨钛镍箔材和箔材的上下表面至表面光亮，将打磨后的钛镍箔材和钛箔材置于酸洗液中进行酸洗，取出后继续置于丙酮溶液中采用超声波清洗机进行清洗，再置于真空烘箱中烘干，得到预处理后的钛镍箔材与钛箔材；
[0009]步骤三、钛镍
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钛基层状复合材料的制备：将步骤二中得到的预处理后的钛箔材与钛镍箔材依次交替堆叠形成叠层箔材，并保证叠层箔材的底部和顶部均为预处理后的钛箔材，然后将叠层箔材置于石墨模具中进行放电等离子烧结，得到钛镍
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钛基层状复合材料。
[0010]现有研究中关于钛镍合金与钛的连接多采用焊接技术。然而，采用焊接技术在制备大箔材接触面积且具有多层结构的钛镍
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钛基层状复合材料上存在很大的难题。现有的焊接技术可轻易实现不同金属间小接触面积的对接、搭接等连接，却很难实现不同金属间大表面积的高效复合。此外，熔化焊接过程中焊接接头位置的温度较高，因此该区域的焊接应力较大，极易产生焊接裂纹。基于固相焊接工艺的扩散焊虽然在接头处的变形以及残余应力较小，不易产生裂纹，但其焊接温度与时间较长，钛镍合金在长时高温作用下极易弱化阻尼性能，且长时高温工艺也存在制备效率低与能源浪费等问题。本专利技术为弥补以上不足，首先对箔材进行切割、打磨、酸洗、丙酮超声清洗、真空烘干等工艺制备烧结箔材。然后，将箔材按照钛、钛镍依次堆叠，并保证叠层箔材的上下表面始终为钛，最后通过放电等离子烧结工艺实现界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的快速制备。本专利技术采用的放电等离子烧结技术可以在钛镍与钛箔材结合表面产生放电等离子体，因此可以实现钛镍与钛箔材结合表面的高度活化，从而大幅度的降低烧结温度与保温时间。较低的烧结温度与时间一方面可以实现材料的高效制备。另一方面，在低温短时下，界面的反应程度微弱，对钛镍合金增强相的成分影响较低，因此可以大幅度保留钛镍合金的阻尼特性。此外，相比于熔化焊接，本专利技术采用的制备工艺属于固相连接，因此界面结合较好，不易产生宏观裂纹与孔洞等缺陷，从而可作为结构材料使用。
[0011]上述的一种界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的快速制备方法，其特征在于，步骤一中所述倒圆角处理后的圆倒角直径为6mm～8mm。该优选的圆倒角尺寸充分避免了后续烧结过程中箔材产生应力集中，改善了高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的结合质量。
[0012]上述的一种界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的快速制备方法，其特征在于，步骤二中所述截面的打磨深度为50μm～100μm。该优选的打磨深度充分去除了线切割过程中产生的热影响区域，有利于保证高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的质量。
[0013]上述的一种界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的快速制备方法，其特征在于，步骤二中所述打磨的过程中每间隔20s～30s将钛镍箔材和钛箔材置于无水乙醇中降温。通过上述的间隔降温工艺避免了打磨过程中箔材表面发生过热现象，影响其表面质
量而恶化后续烧结过程中箔材之间的结合效果。
[0014]上述的一种界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的快速制备方法，其特征在于，步骤二中所述酸洗采用的酸洗液由HF、HNO3和H2O按照1:3:15的体积比组成，且酸洗的时间为15s～25s本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的快速制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、钛镍箔材与钛箔材的切割：采用快走丝电火花线切割，将钛镍箔和钛箔分别切割成矩形的钛镍箔材和钛箔材，然后对矩形的钛镍箔材和钛箔材的直角位置均进行倒圆角处理；步骤二、钛镍箔材与钛箔材的预处理：采用粗砂纸打磨步骤一中经倒圆角处理后的钛镍箔材和箔材的截面，然后采用细砂纸打磨钛镍箔材和箔材的上下表面至表面光亮，将打磨后的钛镍箔材和钛箔材置于酸洗液中进行酸洗，取出后继续置于丙酮溶液中采用超声波清洗机进行清洗，再置于真空烘箱中烘干，得到预处理后的钛镍箔材与钛箔材；步骤三、钛镍
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钛基层状复合材料的制备：将步骤二中得到的预处理后的钛箔材与钛镍箔材依次交替堆叠形成叠层箔材，并保证叠层箔材的底部和顶部均为预处理后的钛箔材，然后将叠层箔材置于石墨模具中进行放电等离子烧结，得到钛镍
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钛基层状复合材料。2.根据权利要求1所述的一种界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的快速制备方法，其特征在于，步骤一中所述倒圆角处理后的圆倒角直径为6mm～8mm。3.根据权利要求1所述的一种界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的快速制备方法，其特征在于，步骤二中所述截面的打磨深度为50μm～100μm。4.根据权利要求1所述的一种界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合材料的快速制备方法，其特征在于，步骤二中所述打磨的过程中每间隔20s～30s将钛镍箔材和钛箔材置于无水乙醇中降温。5.根据权利要求1所述的一种界面无缺陷的高阻尼钛镍
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钛基层状复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李响，董龙龙，常国，李亮，于佳石，霍望图，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：