多孔及高分子填充多孔TiNiCu形状记忆合金的制备及性能研究

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为了开发出新型的高阻尼材料,以满足人类社会诸多领域对于减振、降噪的迫切需求,本文通过粉末冶金及溶胶-凝胶工艺制备了综合性能优异的多孔及高分子填充多孔TiNiCu形状记忆合金,并通过SEM、XRD、DSC、DMA和万能试验机等对所制备的样品进行了表征与阻尼性能、准静态压缩性能测试。结果表明,多孔TiNiCu形状记忆合金最佳的制备工艺为:Ti、Ni、Cu混合粉球磨10小时后于350 MPa下压制成型,之后在高纯氩气保护下于950℃烧结2小时。经该工艺制备的样品烧结质量高,整体呈稳定的三维贯通的网络状结构。多孔TiNiCu形状记忆合金主要由Ti(Ni,Cu)、Ti2(Ni,Cu)和Ti(Ni,Cu)2三种物相组成,升降温过程中具有优异的逆、正马氏体相变行为。高分子填充多孔TiNiCu形状记忆合金中,聚氨酯和聚苯乙烯可完全填充于合金的孔洞之中,且界面结合良好,没有明显裂纹或其他缺陷的存在。碳纳米管与石墨填料则均与高分子形成良好的结合界面。多孔TiNiCu形状记忆合金具有优异的阻尼性能,升温过程中其相变内耗峰出现于约-20℃。该峰对于样品的孔隙率、测量频率以及升温速率均具有明显的依赖性。聚氨酯与聚苯乙烯填充以后,可使得多孔TiNiCu形状记忆合金的阻尼性能获得显著的提高,而高分子中碳纳米管及石墨填料的加入则又可进一步提高材料整体的阻尼性能。高分子填充多孔TiNiCu形状记忆合金的高阻尼本领源于其内部众多耗能源的叠加效应。其耗能源主要包括:多孔TiNiCu形状记忆合金以及高分子材料和无机填料的本征阻尼引起的耗能,以及样品内部界面阻尼引起的耗能。多孔TiNiCu形状记忆合金的应力-应变曲线可以分为弹性区、平台区和致密化区三个区域。该合金长且平的应力平台使其具有了优异的准静态压缩吸能特性。合金孔洞中高分子材料的引入以及高分子中无机填料的添加均可使得多孔TiNiCu形状记忆合金的压缩平台应力以及吸能本领获得明显的提高,这主要可归功于高分子对坍塌孔洞的支撑作用和加入无机填料后高分子本身力学性能的提高。与石墨相比,碳纳米管由于本身性能更为优异,且在加入高分子后会形成密度更大、结合更好的界面,因此在等量加入的条件下其增强效果更佳。
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