形狀記憶合金阻尼材料
形狀記憶合金(Shape Memory Alloy, SMA)是近些年發(fā)展起來(lái)的一種特殊功能材料。形狀記憶是指具有初始形狀的制品,在一次變形后,通過(guò)加熱等手段進(jìn)行處理,又能回復(fù)初始形狀的現(xiàn)象。形狀記憶材料可通過(guò)熱、電、磁、光、化學(xué)或機(jī)械等外加刺激,觸發(fā)其做出響應(yīng),從而改變材料的某些參數(shù),如形狀位置、應(yīng)變、頻率、摩擦和動(dòng)態(tài)或靜態(tài)特征等。由于形狀記憶材料具有形狀記憶效應(yīng)、高回復(fù)形變良好的抗震性和適應(yīng)性,以及易與其它材料結(jié)合形成復(fù)合材料等優(yōu)異的性能,使其發(fā)展越來(lái)越受到人們的重視。這類合金還具有極高的阻尼特性,其比阻尼在層合復(fù)合材料中,總體能量耗散與子層板存儲(chǔ)能量的比值特性可達(dá)40以上。此外,形狀記憶合金的輸出應(yīng)變大、耐腐蝕性能穩(wěn)定、復(fù)合性能好。
形狀記憶合金的阻尼性能與振幅有關(guān)而與振動(dòng)頻率無(wú)關(guān).即隨應(yīng)變量的增大而增大 ,直至達(dá)到某一峰值,出現(xiàn)阻尼飽和,隨后隨應(yīng)變的增大而下降。此外,這類合金的阻尼性能對(duì)工作溫度相當(dāng)敏感。
形狀記憶合金的阻尼機(jī)理如概述圖所示:它描述了SMA的彈性應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線。加載到A點(diǎn)后,SMA奧氏體由于應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變,開始產(chǎn)生非彈性應(yīng)變,進(jìn)入超彈性平臺(tái),當(dāng)變形到C點(diǎn)時(shí)幾乎變成完全的馬氏體單晶。C點(diǎn)以后的變形是由馬氏體的彈性變形引起的。卸載時(shí),首先彈性回復(fù)到D點(diǎn),然后通過(guò)馬氏體逆相變回復(fù)到A點(diǎn),最后通過(guò)奧氏體相的彈性應(yīng)變回復(fù)為零。在一個(gè)加載循環(huán)中,SMA可以吸收相當(dāng)多的能量。能量的大小與遲滯環(huán)的面積成正比。國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用的形狀記憶合金阻尼材料主要是以Mn—Cu系合金和Ti~Ni合金等為代表的。這類材料具有較高的阻尼本領(lǐng),但由于它們多是有色金屬,材料較昂貴。加工工藝也較復(fù)雜。鑒于我國(guó)軍工高技術(shù)發(fā)展以及部分民用產(chǎn)品對(duì)超高內(nèi)耗阻尼材料的緊急需求,今后的發(fā)展趨勢(shì)將是原材料低廉的Mg基、Al基和Fe基合金材料逐步占主導(dǎo)地位。
泡沫金屬材料是新近發(fā)展起來(lái)的一種新型高阻尼形狀記憶合金,它既保留了金屬具有一定強(qiáng)度的特性,同時(shí)也具有類似于泡沫塑料的高阻尼性能,其阻尼性能高出基體材料的5~10倍。
由于它具備多種優(yōu)異的物理性能特別是阻尼性能,將在消聲、減震和電磁屏蔽等一些高技術(shù)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。預(yù)計(jì)近期內(nèi)泡沫金屬材料在航空航天、電子通訊、機(jī)械制造、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、民用、日常用品等領(lǐng)域的應(yīng)用將有較大的突破。
兩者所指概念一樣?!坝洃浐辖稹?,即擁有“記憶"效應(yīng)的合金,在航空航天領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用有很多成功的范例。人造衛(wèi)星上龐大的天線可以用記憶合金制作。發(fā)射人造衛(wèi)星之前,將拋物面天線折疊起來(lái)裝進(jìn)衛(wèi)星體內(nèi),...
合金的形狀被改變之后,一旦加熱到一定的躍變溫度時(shí),它又可以魔術(shù)般地變回到原來(lái)的形狀,人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金。具體形狀記憶合金種類有:Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn...
達(dá)到臨界溫度,即可改變初設(shè)形狀
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1 形狀記憶合金 摘要:扼要地?cái)⑹隽诵螤钣洃浐辖鸺捌錂C(jī)理 , 介紹了形狀記憶合金在工程中應(yīng)用的現(xiàn)狀以 及發(fā)展前景。 關(guān)鍵詞: 形狀記憶合金、形狀記憶合金效應(yīng)、應(yīng)用 引言:有一種特殊的金屬材料 ,經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗蠹淳哂谢貜?fù)形狀的能力 , 這種材料被稱為 形狀記憶合金 ( Shape Memory Alloy , 簡(jiǎn)稱為 SMA) ,這種能力亦稱為形狀記憶效應(yīng) (Shape Memory Effect , 簡(jiǎn)稱為 SME) 。通常 ,SMA 低溫時(shí)因外加應(yīng)力產(chǎn)生塑性變形 , 溫度升高后 , 克服塑性變形回復(fù)到所記憶的形狀。研究表明 , 很多合金材料都具有 SME ,但只有在形狀變 化過(guò)程中產(chǎn)生較大回復(fù)應(yīng)變和較大形狀回復(fù)力的 ,才具有利用價(jià)值。 到目前為止 , 應(yīng)用得最多 的是 Ni2Ti 合金和銅基合金 (CuZnAl 和CuAlNi) 。 形狀記憶合金 (Shape Memory Al
噪聲所造成的污染和危害越來(lái)越受到人們的重視。由此也對(duì)阻尼材料的減振、降噪性能提出了更高的要求。據(jù)PDA國(guó)際理事王寶柱等人的論文介紹,以水性阻尼涂料和約束阻尼涂料為代表的阻尼材料在以下方面均取得了突破性的應(yīng)用。
在汽車工業(yè)中,阻尼材料的使用增強(qiáng)了汽車的密閉性,降低振動(dòng),減少噪音,提高了轎車的舒適性;
在建筑工程中,阻尼材料的應(yīng)用,一方面可以降低風(fēng)振帶來(lái)的危害,另一方面可以使建筑物的固有周期與地震周期發(fā)生偏移,從而將這些自然危害降低到最小,保證了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全;
在機(jī)械工業(yè)中,采用阻尼材料可以最大限度地降低機(jī)械噪聲和減輕機(jī)械振動(dòng),使其平穩(wěn)、安靜地運(yùn)轉(zhuǎn)、提高工作效率、延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命;
在兵器工業(yè)中,坦克傳動(dòng)部分(變速箱、傳動(dòng)箱)的振動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜振動(dòng),頻率范圍較寬,高性能阻尼鋅鋁合金和減振耐磨表面熔敷材料技術(shù)的應(yīng)用,大大減輕了主戰(zhàn)坦克傳動(dòng)部分產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲;
在現(xiàn)代航天、航空工業(yè)中,阻尼材料主要用于制造火箭、導(dǎo)彈、噴氣機(jī)等控制盤或陀螺儀的外殼,阻尼材料的使用,可以提高衛(wèi)星、航天飛船發(fā)回信息的準(zhǔn)確性和導(dǎo)彈命中的精確性,目前已被廣泛應(yīng)用于航天儀表中;
在艦船領(lǐng)域中,阻尼材料用于制造推進(jìn)器、傳動(dòng)部件和艙室隔板,有效地降低了來(lái)自于機(jī)械零件嚙合過(guò)程中表面碰撞產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲。阻尼材料可在不改變艦船原有設(shè)計(jì)和設(shè)備的條件下進(jìn)行有效減振降噪,從而可使艦船有效避開雷達(dá)和聲納的遠(yuǎn)程探測(cè),從根本上提高艦船的隱身化水平,目前已成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。
火箭和導(dǎo)彈的雙曲率慣性平臺(tái)殼體,用芯部為阻尼材料而板殼為金屬材料組成的夾層結(jié)構(gòu)代替原來(lái)帶加強(qiáng)筋的整體厚壁金屬殼體,在保持結(jié)構(gòu)剛度基本不變的條件下,基頻響應(yīng)放大倍數(shù)可從40倍降低到8倍,結(jié)構(gòu)重量減輕20%。阻尼材料在各種繼電器板、印刷電路板、電子儀器安裝板中也得到了廣泛的應(yīng)用。
高聚物阻尼材料稱高聚物吸振栩料。起到能把振動(dòng)能吸i}片轉(zhuǎn)換成}1.他形式的能最耗散.從而減小機(jī)械振動(dòng)和降低噪首作用的高分子釗料。作為陽(yáng)尼材料使用的多是一些就彈性良好的橡膠和}}3料‘同時(shí)具有彈性和私性。普遍使用的阻尼材料I:. }3}有J一摹像膠、聚氨酚橡膠和橡膠與塑料的共混體系。其中聚氨 }b橡膠具有較寬的適川溫度和振動(dòng)頻率范圍,抗蠕變能力也較好。橡膠與塑料的共混體系有利于調(diào)節(jié)阻尼材料的性能.適應(yīng)多種使用條件。在實(shí)際使用‘},阻尼材料需要同J賣他材料復(fù)合,一種是以高聚物為基體,加人適當(dāng)?shù)奶盍蠌?fù)合成型,在受到振動(dòng)時(shí),豐l于高聚物纂體與填料之ICI和聚合物分子之間發(fā)生摩擦,耗散振動(dòng)能。達(dá)到減震日的_另一種是在剛性部件之間施加鉆彈性高聚物阻尼涂料,在振動(dòng)中剛性部件保證其強(qiáng)沒.勃彈性高分子耗 散振動(dòng)能量_2100433B
Cu-Zn-AI形狀記憶合金是指一種含Zn18-37%(wt),Al2%-8%(wt),余者為銅的具有形狀記憶效應(yīng)(SME)和偽彈性(PE)的合金 。