钛(tai)镍(nie)形(xing)状(zhuang)记忆合(he)金(jin)在(zai)阻(zu)尼(ni)方面(mian)的(de)应(ying)用发展

一(yi)、阻尼合金的发展(zhan)和应用

降(jiang)低(di)结(jie)构(gou)振(zhen)动和噪声(sheng)的方(fang)法通(tong)常有3种(zhong)：增(zeng)加结(jie)构(gou)的(de)质(zhi)量和刚(gang)性，以减少振幅。减少结构(gou)共振；采用高(gao)阻(zu)尼材(cai)料实(shi)现吸(xi)振和隔振。高阻尼材(cai)料(liao)通常分为2类(lei)：一种是有机材(cai)料(liao)及(ji)其系(xi) 统(tong)，另一(yi)种是(shi)金(jin)属(shu)材(cai)料及(ji)其(qi)系(xi)统。金(jin)属(shu)阻(zu)尼材料(liao)的(de)强度(du)和(he)硬度高(gao)，适合(he)各(ge)种(zhong)结(jie)构(gou)减(jian)振(zhen)。

阻尼(ni)、超(chao)塑性(xing)和(he)形(xing)状记(ji)忆(yi)性(xing)能是材(cai)料的(de)3大功(gong)能特(te)性，阻(zu)尼(ni)能(neng)够(gou)将材(cai)料(liao)的机械(xie)振(zhen)动(dong)能(neng)量通过内部(bu)耗散机(ji)制(zhi)不可(ke)逆(ni)地转变为其它形(xing)式(shi)的(de)能量，如(ru)热(re)能或声能(neng)。金属(shu)材料(liao)的(de)阻(zu)尼(ni)功能(neng)特性得(de)到了(le)广(guang)泛(fan)应(ying)用(yong)，具有(you)十(shi)分重要的(de)研(yan)究(jiu)和(he)应(ying)用价值(zhi)。1964年，Birchon首(shou)先提出(chu)高(gao)阻尼金(jin)属材料(liao)“HIDAMETS”(HighDampingMetals)，高阻尼金(jin)属(shu)材料(liao)开(kai)始成为解决(jue)振动(dong)问(wen)题的一种(zhong)候(hou)选方案(an)。高阻(zu)尼(ni)金属“HIDAMETs”或高阻(zu)尼(ni)合(he)金(jin)“HIDALLOYS”，其阻(zu)尼(ni)性能优(you)良(内耗(hao)值Q1≥lO。2)。1960年(nian)，美(mei)国将锰(meng)铜(tong)(MnCu)合金用(yong)于军事用途，如(ru)用(yong)于制造潜艇、鱼雷和舰船(chuan)螺旋桨，并(bing)注(zhu)册“Sonostone”商(shang)标，该(gai)合(he)金(jin)也(ye)被用(yong)于(yu)降(jiang)低(di)挖掘机(ji)的声(sheng)压级，降低了(le)约7dB，该合(he)金被(bei)制(zhi)成螺栓后用(yong)于潜艇(ting)和(he)碎石机(ji)，使(shi)其(qi)声(sheng)压(ya)水(shui)平降(jiang)低约(yue)l／5。

日(ri)本(ben)开发了铁(tie)铬(ge)(FeCr)合金和铁(tie)铝(lv)硅(gui)(FeAlSi)合(he)金等(deng)阻(zu)尼(ni)合(he)金(jin)，注(zhu)册商标(biao)为“silentalloy。和“serenal等(deng)，主要(yao)用(yong)于(yu)铁路和(he)船舶工业(ye)。阻(zu)尼(ni)合(he)金(jin)在减(jian)振降(jiang)噪(zao)方面有广阔(kuo)应(ying)用前景，但高(gao)强(qiang)度阻尼合金(jin)的阻(zu)尼性能普遍(bian)偏(pian)低，远(yuan)不能(neng)满(man)足很多(duo)高阻(zu)尼(ni)要求(qiu)的场合使(shi)用(yong)，因此(ci)需要(yao)解(jie)决阻(zu)尼合(he)金(jin)的阻(zu)尼性能和力学(xue)性(xing)能(neng)匹配(pei)问题。

材料(liao)的阻尼性(xing)能是(shi)结(jie)构(gou)与(yu)机械设(she)计中的重(zhong)要性能(neng)，涉及机(ji)械(xie)共(gong)振(zhen)、疲劳(lao)、噪(zao)声、仪器滞后现(xian)象和(he)循(xun)环应力下的(de)发热(re)等(deng)问题。在交(jiao)变(bian)载荷(he)作用(yong)下(xia)，材(cai)料或(huo)结(jie)构往(wang)往在小于其(qi)屈(qu)服应(ying)力(li)的(de)情况下发生(sheng)疲劳失效(xiao)，但高阻尼(ni)材(cai)料的(de)应用能(neng)够降低(di)材料疲劳变形的(de)水平(ping)，从(cong)而减(jian)低疲(pi)劳(lao)危(wei)害(hai)。对易(yi)受(shou)疲(pi)劳(lao)破(po)坏的(de)部(bu)件，如(ru)汽(qi)轮(lun)机(ji)的叶片，改用(yong)镍基(ji)高(gao)阻尼合金(jin)制(zhi)造(zao)后，使(shi)用寿(shou)命(ming)可(ke)以成倍增加(jia)。对(dui)容(rong)易产生振动(dong)和(he)噪(zao)声(sheng)的结(jie)构，如发动机(ji)和机床等(deng)，其底座(zuo)或(huo)外(wai)壳(ke)一般(ban)都(dou)采用(yong)铸铁(tie)或(huo)铸(zhu)铝，以达(da)到(dao)提(ti)高阻(zu)尼(ni)、降低振(zhen)动和噪(zao)声的(de)目(mu)的。用高(gao)阻尼合金制(zhi)造的(de)切(qie)削刀(dao)具(ju)，由(you)于(yu)振动幅度(du)小，既能减小噪(zao)声又能提(ti)高机械(xie)加(jia)工的精(jing)确度(du)。

近年(nian)来，国(guo)内(nei)外对阻(zu)尼合金的研究发展(zhan)得都很(hen)快(kuai)，并取得了(le)显著(zhu)进展(zhan)，阻(zu)尼合金(jin)在(zai)航(hang)空(kong)航天(tian)工业(ye)，汽车工业、家(jia)电(dian)行(xing)业、船(chuan)舶工(gong)业(ye)已(yi)经(jing)得(de)到(dao)广泛(fan)应用。我(wo)国在阻尼合金(jin)的研制和 应用方面取(qu)得了一些成果(guo)，如(ru)我(wo)国用(yong)“2310”MnCu合金制造(zao)潜艇螺旋(xuan)桨(jiang)可(ke)使(shi)噪(zao)声(sheng)降(jiang)低(di)5～10dB，振动(dong)降低3～10dB l洛(luo)阳铜(tong)加(jia)工厂(chang)(现洛阳铜加(jia)工(gong)厂(chang)集团(tuan)有(you)限责(ze)任公(gong)司(si))研(yan)究成(cheng)功了(le)MnCu三(san)元(yuan)合金，并在(zai)船舶工业(ye)中(zhong)进行(xing)应用试(shi)验(yan)；北京(jing)航(hang)空材料研究院运用(yong)快速凝(ning)固／粉末(mo)冶成(cheng)功研制出(chu)铝(lv)合金／铝、铝(lv)合(he)金(jin)／锌(xin)铝(lv)2种系列(lie)的(de)低(di)密(mi)阻(zu)尼(ni)金(jin)属(shu)复(fu)合材料(liao)。华东船(chuan)舶(bo)工(gong)业(ye)学院(yuan)制(zhi)备了(le)高阻尼的铜(tong)铝铍(pi)(CuAlBe)形(xing)状(zhuang)记(ji)忆合(he)金，并(bing)研究了该合(he)金在(zai)舰艇(ting)螺旋桨上应(ying)用(yong)的可(ke)行(xing)性。欧(ou)盟(meng)委员会(hui)资(zi)助(zhu)的(de)。MansideProjeet”是开(kai)发(fa)形状(zhuang)记忆(yi)合(he)金(jin)阻(zu)尼性能(neng)的(de)最(zui)大专项(xiang)研(yan)究，内(nei)容(rong)包(bao)括(kuo)装置和(he)结构理论(lun)设计(ji)、材料(liao)表征(zheng)和零件(jian)设计、零(ling)件(jian)结(jie)构和测(ce)试(shi)、阻(zu)尼系统(tong)测(ce)试，近年(nian)来(lai)对钛(tai)镍(TiNi)，铜锌(xin)铝(CuZnAl)和铜(tong)铝铍合(he)金的(de)阻(zu)尼(ni)特性进(jin)行了研究。从20世纪(ji)80年(nian)代至今(jin)，我(wo)国先(xian)后有(you)哈尔滨(bin)工业(ye)大(da)学(xue)、北(bei)京航(hang)空材料(liao)研究院(yuan)、西北(bei)有色金(jin)属研究(jiu)院(yuan)、北京(jing)有(you)色金属研究总(zong)院等多家(jia)单位(wei)对(dui)TiNi形(xing)状(zhuang)记(ji)忆(yi)合金进(jin)行(xing)了(le)较(jiao)深入(ru)的研究(jiu)，取得了大量(liang)实验(yan)数据，在TiNi合(he)金(jin)的(de)成(cheng)分(fen)设(she)计(ji)、材料加(jia)工、产(chan)品(pin)开(kai)发应用(yong)，包括(kuo)常规(gui)力学(xue)性能、超弹性、记忆性(xing)能(neng)、阻(zu)尼(ni)性能(neng)、疲(pi)劳性能(neng)的表(biao)征评价方(fang)法和测试系统(tong)等方(fang)面(mian)取(qu)得(de)了丰(feng)硕的(de)成果。我国(guo)研究人员还对超弹型和马(ma)氏(shi)体(ti)型高阻(zu)尼(ni)TiNi形状记忆(yi)合(he)金进(jin)行(xing)了初(chu)步研究。

TiNi基(ji)形状(zhuang)记(ji)忆(yi)合(he)金和(he)MnCu基(ji)形(xing)状(zhuang)记(ji)忆合(he)金(jin)的(de)热弹性(xing)马(ma)氏(shi)体表(biao)现(xian)出(chu)很优异(yi)的(de)减振能力(li)，比传(chuan)统(tong)的(de)结构金属(shu)材(cai)料(liao)至(zhi)少要高1个数(shu)量(liang)级(ji)。TiNi和MnCu合(he)金(jin)是孪(luan)晶阻(zu)尼(ni)特性(xing)最(zui)好(hao)的2 种高(gao)阻(zu)尼(ni)材(cai)料，MnCu合(he)金已经(jing)广泛(fan)应(ying)用于舰船(chuan)的水下减振(zhen)降(jiang)噪，而(er)TiNi合金具有(you)比(bi)MnCu合(he)金(jin)更(geng)优异的力(li)学性(xing)能(延(yan)伸(shen)率)、断裂强(qiang)度(du)、耐(nai)腐蚀(shi)性能(neng)，是(shi)目(mu)前应用最广(guang)泛(fan)的形状记(ji)忆(yi)材(cai)料(liao)，但(dan)是(shi)由于(yu)该(gai)合(he)金在马(ma)氏(shi)体状(zhuang)态(tai)的(de)屈(qu)服(fu)强(qiang)度较(jiao)低(di)，其(qi)作为(wei)高(gao)阻(zu)尼(ni)材料(liao)的(de)应(ying)用受到极(ji)大(da)限(xian)制。如果在(zai)保(bao)持阻尼(ni)性能的(de)同(tong)时，显(xian)著(zhu)提高材(cai)料的(de)屈(qu)服强度(du)，将(jiang)会(hui)拓(tuo)宽(kuan)合(he)金(jin)的(de)应(ying)用领(ling)域(yu)。针对材料的(de)阻尼(ni)性能和(he)屈(qu)服(fu)强度不(bu)匹配的(de)问题(ti)，许(xu)多(duo)学(xue)者(zhe)提出(chu)采用金属(shu)基(ji)复(fu)合(he)材(cai)料(liao)提升阻(zu)尼材(cai)料的(de)屈(qu)服(fu)强度。在形状记忆(yi)合金作(zuo)为(wei)阻尼(ni)材料的(de)开发(fa)利用上(shang)，通常(chang)需要注意(yi)到(dao)以(yi)下(xia)2点(dian)：一是(shi)使材(cai)料在(zai)马(ma)氏(shi)体(ti)状(zhuang)态下(xia)使用(yong)，即(ji)合(he)金的马(ma)氏(shi)体相(xiang)变(bian)的终了温度(du)高(gao)于(yu)工(gong)作温(wen)度，二(er)是增(zeng)加(jia)相(xiang)变(bian)内耗峰的(de)宽度，使材料(liao)能(neng)在(zai)更宽(kuan)的温度范(fan)围(wei)内(nei)工(gong)作。

二(er)、形(xing)状(zhuang)记(ji)忆(yi)合金阻(zu)尼(ni)机制(zhi)

阻尼(ni)的本质是(shi)把机(ji)械能转换(huan)为(wei)热能(neng)，抑制(zhi)合金部件传(chuan)递(di)连(lian)续(xu)、等幅的(de)应力(li)冲击(ji)。形状(zhuang)记忆(yi)合(he)金把机(ji)械(xie)能(neng)转换(huan)为(wei)热能(neng)主要(yao)有3种(zhong)机制(zhi)，即(ji)内(nei)耗机制(zhi)、马(ma)氏(shi)体孪(luan)晶(jing)再取向机制、应(ying)力诱发马氏体机制，每种(zhong)机制适用于不同(tong)的(de)频(pin)率(lv)范围、温(wen)度(du)和(he)应力(li)／应(ying)变(bian)能，因此(ci)，应(ying)根据(ju)每(mei)种(zhong)机制(zhi)的限(xian)制(zhi)和应用(yong)需求来考(kao)虑(lv)阻(zu)尼部件的使用机制。

内耗机(ji)制(Intemal Friction，IF)是(shi)指能(neng)量吸收机(ji)制在于(yu)马氏体和(he)奥氏体界面(mian)、或者(zhe)马氏体变(bian)体(ti)界(jie)面(mian)间(jian)的(de)滑移(yi)，发生的(de)温(wen)度(du)范围(wei)窄(zhai)，界面运动能(neng)垒非常低。内(nei)耗(hao)机制(zhi)的特(te)征是每(mei)次(ci) 应力(li)循环(huan)吸(xi)收(shou)能量特(te)别小，其作用(yong)频(pin)率范(fan)围(wei)特别(bie)大(da)，但高(gao)内(nei)耗温度范(fan)围窄(约15～20℃)，这(zhe)限制了(le)该(gai)机制的阻尼(ni)应(ying)用(yong)只(zhi)能在预(yu)先(xian)确(que)定(ding)的(de)温度(du)范(fan)围(wei)内(nei)和某(mou)些(xie)振(zhen)动范围(wei)内(nei)工作(zuo)。虽(sui)然(ran)内(nei)耗机(ji)制(zhi)能(neng)吸(xi)收的应(ying)变(bian)非(fei)常小，但(dan)在(zai)高频率下的(de)工作(zuo)效果非常有(you)效(xiao)，因此适(shi)合(he)于声音(yin)或(huo)机械振(zhen)动(dong)阻(zu)尼(ni)应用(yong)，应(ying)用的形(xing)式(shi)可以(yi)是(shi)板材，用(yong)于产生噪声部(bu)位的密封(feng)。或(huo)连接振动(dong)部件(jian)到(dao)系统(tong)。通(tong)常，TiNi合金(jin)在马(ma)氏(shi)体相和两相区(qu)都具有出色的(de)阻尼(ni)性能，通过动态粘(zhan)弹(dan)试(shi)验(yan)DMA三(san)点(dian)弯曲(qu)法(fa)测(ce)试(shi)出TiNi合(he)金的两相区阻尼值tan 6最高达(da)到0.17。

马(ma)氏(shi)体孪(luan)晶(jing)再(zai)取(qu)向机(ji)制是指马(ma)氏(shi)体变形(xing)首先(xian)以(yi)孪晶的(de)再取(qu)向(xiang)方(fang)式发生，即(ji)在(zai)施加(jia)的(de)变形条件(jian)下(xia)不利(li)取(qu)向的(de)变体(ti)消失(shi)，有利(li)取向(xiang)的(de)变(bian)体则长(zhang)大。这个(ge)过程的局(ju)限在于(yu)，所有的孪(luan)晶(jing) 变体将(jiang)协调(diao)趋(qu)向(xiang)于(yu)形成一个(ge)最有(you)利于(yu)变(bian)形(xing)的(de)单一变(bian)体。形状记忆(yi)合金(jin)的(de)孪晶(jing)变(bian)体的(de)变(bian)化，既没有(you)损(sun)坏作(zuo)用(yong)也(ye)没有加(jia)工(gong)硬化(hua)，与(yu)传(chuan)统材料(liao)的(de)位错(cuo)滑移机(ji)制(zhi)不(bu)同，这(zhe)种变形的变(bian)形(xing)量大，可回复，并且(qie)可反(fan)向(xiang)压缩相(xiang)同(tong)的应(ying)变(bian)达到(dao)几千次而不(bu)产生破坏(huai)和失(shi)效(xiao)。在(zai)多(duo)晶TiNi合(he)金中，单(dan)轴(zhou)拉(la)伸应(ying)变达(da)8％，马氏(shi)体(ti)孪晶(jing)再取向(xiang)的(de)变(bian)形(xing)应(ying)力(li)与相变(bian)温度滞(zhi)后密切(qie)相(xiang)关(guan)。对(dui)于(yu)二元(yuan)TiNi合金。滞后(hou)约(yue)为(wei)25—30℃．相变温度(du)附近的变形应力(li)约(yue)为100～150MPa。添(tian)加(jia)少量(liang)铜(tong)后(hou)，滞后约(yue)为(wei)lO℃，变形应(ying)力急降到(dao)30一(yi)50MPa。但是(shi)。含(han)铜(tong)TiNi合金(jin)的孪(luan)晶(jing)再取(qu)向的(de)变形内(nei)耗极(ji)低，使其(qi)对(dui)变(bian)形(xing)的能(neng)量(liang)吸收也(ye)非常低(di)．因(yin)此不(bu)适合做阻尼(ni)合金(jin)。相(xiang)反(fan)。添(tian)加锆(gao)和(he)铪的(de)Ti N i合(he)金(jin)。其(qi)相(xiang)变(bian)滞后(hou)增加，同(tong)时相应(ying)增加(jia)孪(luan)晶(jing)再(zai)取(qu)向的(de)变形(xing)应(ying)力(li)，因(yin)此更具作为阻(zu)尼(ni)材料(liao)的(de)潜(qian)力(li)。虽然(ran)马氏(shi)体(ti)经过几千次拉(la)伸和压(ya)缩循环(huan)，应力和应(ying)变(bian)行为不会(hui)有显著(zhu)改变(bian)，但是在(zai)反(fan)复的循(xun)环(huan)条(tiao)件(jian)下(xia)，如果(guo)不能有(you)足够(gou)的(de)冷(leng)却，由(you)于(yu)变形(xing)生热(re)而(er)导致

温(wen)度(du)高(gao)于相(xiang)变温(wen)度(du)时就会出现(xian)问题(ti)。因(yin)此(ci)，马(ma)氏体(ti)型阻(zu)尼器的主(zhu)要缺陷(xian)在(zai)于变形(xing)后应变不(bu)能回复(fu)原(yuan)状(zhuang)，阻尼器(qi)和(he)整(zheng)体(ti)结(jie)构(gou)必须靠(kao)外力回复(fu)到原(yuan)来的形(xing)状(zhuang)。这些(xie)表(biao)明马氏体(ti)变形机(ji)制阻尼器须(xu)附带(dai)能往(wang)复(fu)变形的机(ji)构。

应(ying)力诱(you)发马(ma)氏体(ti)机制的(de)特征(zheng)是(shi)：超(chao)弹性(xing)应力(li)一(yi)应变曲(qu)线(xian)上(shang)显(xian)示出(chu)诱发马(ma)氏体的(de)应(ying)力远(yuan)高(gao)于(yu)马氏体逆相变(bian)的(de)应力，形(xing)成(cheng)了开(kai)环(huan)旗帜(zhi)形状(zhuang)的曲(qu)线。在应力诱(you)发(fa)马(ma)氏(shi)体作(zuo)为(wei)阻尼应用条件(jian)下，需(xu)要进行几百次(ci)的(de)应变循(xun)环(huan)以(yi)稳定(ding)TiNi合金(jin)的这(zhe)种(zhong)行为(wei)，以(yi)保证精确的(de)原始尺(chi)寸(cun)的(de)复(fu)原(yuan)。超(chao)弹型阻尼(ni)装置(zhi)的(de)主要(yao)特征(zheng)是(shi)：在(zai)变(bian)形后(hou)，形状(zhuang)记忆合(he)金有(you)强大的(de)驱动(dong)力能回(hui)复(fu)到原(yuan)始形(xing)状(zhuang)，因此(ci)阻(zu)尼(ni)器(qi)和(he)附(fu)带(dai)的(de)结(jie)构(gou)能还原到(dao)初始(shi)形状(zhuang)。尽(jin)管超(chao)弹型(xing)形(xing)状记忆合(he)金(jin)的(de)回(hui)复(fu)应变(bian)范围(wei)很大(da)，拉(la)伸状(zhuang)态(tai)可(ke)达8％，压缩状态(tai)可(ke)达12％，但(dan)是，最(zui)初1.5％～批的(de)应变遵(zun)守(shou)Hookian弹性模式(shi)，没(mei)有能量(liang)吸(xi)收，直(zhi)到(dao)超(chao)过这(zhe)个(ge)应变水平，超(chao)弹(dan)型形状记忆合金(jin)在(zai)该(gai)应(ying)力(li)和最(zui)大(da)应(ying)力(li)之间(jian)循环(huan)才(cai)可(ke)以(yi)吸(xi)收能(neng)量，因(yin)此，通(tong)过(guo)适(shi)当(dang)机构(gou)设(she)计就可(ke)获得拉伸和压(ya)缩阻尼(ni)装置(zhi)。和(he)马氏(shi)体(ti)变(bian)形(xing)不同(tong)，超弹型阻(zu)尼(ni)器有(you)利于(yu)使用长、细(xi)、薄(bao)的器件，如长(zhang)丝(si)、薄片，在(zai)等(deng)轴状态拉(la)伸(shen)，然(ran)后(hou)当拉伸(shen)力(li)卸(xie)载(zai)时，回(hui)复到(dao)原(yuan)始(shi)形(xing)状(zhuang)，由于加(jia)工量(liang)大，组织细化(hua)，这(zhe)种(zhong)应(ying)用(yong)形式具(ju)有(you)最(zui)好的机(ji)械(xie)性(xing)能(neng)。形(xing)状记忆(yi)合金(jin)丝(si)材(cai)的拉仲应力(li)一(yi)应变(bian)行为(wei)在(zai)经(jing)过(guo)初始(shi)循环(huan)后(hou)改(gai)变(bian)很(hen)大，需(xu)要(yao)几百次(ci)循(xun)环(huan)才(cai)能(neng)达(da)到完全循(xun)环稳(wen)定。

三(san)、TiNi形(xing)状(zhuang)记(ji)忆(yi)合(he)金阻(zu)尼构件的(de)应用

TiN i形(xing)状(zhuang)记(ji)忆合金(jin)不仅(jin)具(ju)有(you)大变(bian)形回(hui)复(fu)和能(neng)量消(xiao)耗(hao)能力(li)，而且强(qiang)度高、抗疲劳、抗腐(fu)蚀和(he)耐(nai)磨(mo)性能好，是(shi)结构振动控制的理(li)想(xiang)阻(zu)尼(ni)材(cai)料。TiNi合金在(zai)振(zhen)动(dong)控制(zhi)领(ling)域(yu)的(de)应(ying)用(yong)表现(xian)为不 同(tong)的(de)应(ying)用(yong)形(xing)式，以起(qi)到(dao)吸振、隔(ge)振的作用。其中(zhong)，TiNi合金(jin)金(jin)属(shu)橡(xiang)胶(jiao)是由(you)形(xing)状记(ji)忆(yi)合(he)金(jin)丝(si)制成，其制(zhi)造过程是先(xian)将超弹性(xing)的形(xing)状(zhuang)记忆(yi)合金丝(si)材绕成螺旋状，然(ran)后再拉(la)伸放入模具(ju)中预(yu)压成型。在受(shou)到外(wai)界的(de)振动(dong)与位(wei)移(yi)激(ji)励时，金(jin)属(shu)橡胶内部(bu)的TiNi金(jin)属丝之(zhi)间(jian)发(fa)生千摩擦、应力诱发马(ma)氏体(ti)相变和弹(dan)性储能(neng)，从(cong)而耗散能量，起(qi)到减振和缓冲作用(yong)，同(tong)时(shi)弹(dan)性储能起到复(fu)进和回(hui)复原形的作用(yong)。TiNi合(he)金金属(shu)橡(xiang)胶的(de)优(you)点是可(ke)以(yi)制成各种(zhong)复(fu)杂形(xing)状，占(zhan)用(yong)空间(jian)体积小，具有较(jiao)高的阻尼(ni)特性，同时(shi)，形状记忆合(he)金(jin)丝材(cai)具有较(jiao)高的疲(pi)劳性(xing)能(neng)，可持续减(jian)振(zhen)；但是(shi)在(zai)承受较(jiao)大(da)冲击条(tiao)件下，合(he)金(jin)幺(yao)幺(yao)材(cai)易(yi)断(duan)裂(lie)，降(jiang)低(di)减振效果(guo)。TiNi合金金(jin)属(shu)橡(xiang)胶的(de)典型(xing)应(ying)用是管(guan)路固(gu)定，也可(ke)广泛用于阻尼、减(jian)振(zhen)、密封(feng)、过滤(lv)、节(jie)流及(ji)吸声(sheng)降(jiang)噪等(deng) 用(yong)途。研究表明(ming)，与(yu)普(pu)通(tong)金属橡(xiang)胶(jiao)力学(xue)特性(xing)相(xiang)比(bi)，TiNi合(he)金金属橡胶(jiao)的迟滞(zhi)回线(xian)包含(han)的面积明显大(da)于(yu)普通金属橡(xiang)胶，说明(ming)形状(zhuang)记(ji)忆合(he)金(jin)结(jie)构(gou)的迟滞(zhi)阻(zu)尼性(xing)能要优于(yu)金属橡(xiang)胶构件，能量(liang)耗散(san)能力(li)要(yao)比(bi)普通(tong)金属(shu)橡胶(jiao)高出10％；并且形状(zhuang)记忆(yi)合(he)金构(gou)件的(de)刚度小(xiao)于(yu)金属橡(xiang)胶(jiao)，其迟滞(zhi)特(te)性比(bi)较(jiao)稳定。

TiNi形(xing)状记(ji)忆合(he)金(jin)锥(zhui)形(xing)阻(zu)尼(ni)器可用(yong)于(yu)土木(mu)工(gong)程结(jie)构(gou)或海(hai)洋平(ping)台结构(gou)，振动(dong)发生后(hou)，工(gong)程结构发生侧向(xiang)变形(xing)，阻(zu)尼器(qi)也(ye)相应向侧向(xiang)发生运(yun)动(dong)，由(you)于受剪(jian)切(qie)而(er)发(fa)生(sheng)变(bian)形，当位(wei)移大(da)时(shi)阻(zu) 尼(ni)器本身进(jin)入超弹性，由于(yu)形状(zhuang)记(ji)忆合金(jin)的可(ke)回(hui)复(fu)应变大(da)，所以能(neng)发(fa)生很(hen)大(da)的(de)剪切(qie)变(bian)形，当卸载时，阻尼器又(you)回(hui)复原(yuan)来(lai)的(de)形状，从(cong)而(er)消(xiao)耗(hao)能(neng)量(liang)，起到(dao)限位(wei)和耗能(neng)的作(zuo)用(yong)。TiNi形(xing)状(zhuang)记(ji)忆合金锥形阻(zu)尼器(qi)具有耐(nai)腐蚀、抗(kang)疲劳、超(chao)弹(dan)性、寿(shou)命(ming)长，能(neng)有效消耗地震能量(liang)，减(jian)少地震给土(tu)木(mu)工(gong)程结构或(huo)海洋平台结构(gou)带(dai)来损(sun)伤(shang)的优点(dian)。

TiNi形(xing)状记忆合金(jin)材(cai)料(liao)制成(cheng)的(de)阻(zu)尼(ni)器(qi)多(duo)是以超(chao)弹性丝(si)材(cai)为(wei)主的(de)拉(la)索(suo)型阻尼(ni)器，具有自(zi)复(fu)位功(gong)能(neng)，其工(gong)作(zuo)原(yuan)理是：将(jiang)处(chu)于母相(xiang)的(de)超弹性丝或者(zhe)弹(dan)簧复合(he)在构件(jian)中，振(zhen)动(dong)时(shi)载荷促使合金发生(sheng)超(chao)弹性(xing)变(bian)形，从(cong)而吸收大量(liang)振(zhen)动(dong)能量(liang)。超弹(dan)性丝(si)材(cai)应力一(yi)应(ying)变曲线(xian)上，超(chao)弹(dan)性(xing)应(ying)变量(liang)可达(da)8％，滞回曲线面积大，残余应变小，展现(xian)出(chu)较(jiao)好(hao)的阻(zu)尼耗能能(neng)力和自复位(wei)能(neng)力(li)。超弹(dan)性(xing)丝材(cai)在(zai)超(chao)弹性滞回(hui)耗能(neng)曲(qu)线的(de)应(ying)力(li)水(shui)平之(zhi)间循(xun)环可(ke)吸(xi)收能(neng)量(liang)，通过(guo)适当(dang)机(ji)构(gou)设计(ji)可获(huo)得拉(la)伸和压(ya)缩阻(zu)尼性(xing)能(neng)。超(chao)弹(dan)性丝(si)材阻(zu)尼器具(ju)有抗疲劳好、抗(kang)蚀(shi)性(xing)强(qiang)、可(ke)回(hui)复变(bian)形大(da)及性能稳定(ding)等优良特性；但(dan)是，这种阻尼器在实际(ji)工(gong)程(cheng)应(ying)用(yong)中(zhong)有一(yi)定的(de)局限性(xing)，是由于实(shi)际(ji)工(gong)程(cheng)需要的(de)阻(zu)尼(ni)力(li)和耗能(neng)量都很(hen)大(da)，超弹(dan)性(xing)丝材(cai)阻尼器为满足(zu)上述(shu)要(yao)求(qiu)就(jiu)必(bi)须增(zeng)大(da)截面面(mian)积(ji)或(huo)阻(zu)尼(ni)器尺(chi)寸(cun)，需占用较大的(de)空(kong)间，结(jie)构(gou)设(she)计(ji)复杂(za)。

超(chao)弹(dan)性(xing)形状记(ji)忆合金(jin)复合(he)摩擦(ca)阻(zu)尼器(qi)是(shi)一(yi)种(zhong)有(you)应(ying)用(yong)潜力的(de)工程结构(gou)减(jian)振控制装置，能(neng)对(dui)工(gong)程结(jie)构(gou)提供(gong)阻(zu)尼耗能作(zuo)用和输出控制(zhi)力，以被(bei)动(dong)控(kong)制结(jie)构(gou)的(de)振(zhen)动(dong)；同时(shi)，阻尼(ni)器与(yu)结(jie)构(gou) 共(gong)同(tong)运(yun)动过程中，在不(bu)同的位(wei)移状态(tai)下具有(you)变刚(gang)度(du)的特性。在利(li)用形状记(ji)忆(yi)合(he)金(jin)的超弹(dan)性阻尼(ni)和内、外(wai)滑(hua)条(tiao)的(de)接触(chu)面上的(de)相互摩(mo)擦来耗(hao)散能量的同时，超(chao)弹(dan)性(xing)形状(zhuang)记(ji)忆(yi)合(he)金(jin)复(fu)合摩(mo)擦(ca)阻(zu)尼器(qi)还(hai)对工程结(jie)构产(chan)生(sheng)一定的(de)输(shu)出力和提(ti)供变刚度(du)，而(er)且(qie)具有抗疲(pi)劳(lao)性好(hao)、阻(zu)尼能(neng)力强、可(ke)回(hui)复变形(xing)大(da)及性能(neng)较(jiao)稳定等优点。TiNi合(he)金具(ju)有较高(gao)的(de)抗磨损性(xing)能(neng)，适合做(zuo)摩(mo)擦阻(zu)尼(ni)减振(zhen)器：一方(fang)面(mian)，应力(li)诱(you)发(fa)马(ma)氏(shi)体(ti)相变(bian)引(yin)起超弹(dan)性(xing)作用(yong)，在(zai)外力(li)作用(yong)下(xia)，处(chu)于(yu)超(chao)弹性状(zhuang)态的(de)母相(xiang)发生马氏体相变(bian)，而(er)当(dang)外(wai)力(li)消失后(hou)，马氏体发生(sheng)逆相变重(zhong)新转变(bian)为母(mu)相(xiang)，这种相(xiang)结(jie)构的变(bian)化可(ke)以有(you)效(xiao)地耗(hao)散外(wai)界(jie)作(zuo)用(yong)在(zai)材(cai)料(liao)表面的能量，使(shi)TiNi合金(jin)中(zhong)损伤能量(liang)的累积很(hen)低(di)；另(ling)一(yi)方(fang)面，马(ma)氏体的(de)相(xiang)互(hu)协(xie)调(diao)导(dao)致高弹(dan)性(xing)，在磨损过(guo)程(cheng)中，合(he)金中的(de)马氏体变(bian)体在(zai)外(wai)力作用(yong)下重新(xin)取(qu)向，部(bu)分(fen)应变能由于(yu)其相互(hu)协调(diao)而被消除(chu)，既使达(da)到较(jiao)高(gao)的(de)应(ying)变(bian)，马氏体(ti)变体亦很(hen)难(nan)发生(sheng)相互(hu)滑(hua)移(yi)，组(zu)织(zhi)中不易形成位错，合(he)金(jin)中损伤能(neng)量的累积同样较低。在磨(mo)损过程(cheng)中(zhong)，具(ju)有(you)母(mu)相(xiang)结(jie)构(gou)的合金的变形(xing)主(zhu)要(yao)以(yi)应力(li)诱发马(ma)氏(shi)体(ti)的相(xiang)变(bian)及逆相(xiang)变方(fang)式进行，而(er)马氏(shi)体的(de)变形主(zhu)要(yao)通(tong)过(guo)孪(luan)晶界的(de)移(yi)动(dong)方式(shi)进(jin)行(xing)，TiNi合(he)金(jin)的超弹性(xing)对(dui)提高其抗(kang)磨(mo)性(xing)能具(ju)有重要(yao)作用。

除(chu)了利用TiNi合金(jin)的形(xing)状记忆效应(ying)对结构振动进行(xing)被动控(kong)制，利(li)用形(xing)状(zhuang)记忆效应还可(ke)实(shi)现(xian)对结(jie)构的主动控(kong)制或(huo)半(ban)主动(dong)控(kong)制(zhi)。将马(ma)氏体(ti)状(zhuang)态的(de)形状记忆(yi)合金(jin)幺(yao)幺(yao)材(棒(bang)材、板(ban)材(cai))安(an)装(zhuang)    到(dao)驱(qu)动装(zhuang)置(zhi)或埋(mai)在(zai)结(jie)构(gou)中(zhong)，利(li)用其形状(zhuang)记忆效(xiao)应和电阻特性，通(tong)过(guo)对形状记(ji)忆(yi)合(he)金(jin)丝材(cai)(棒材、板(ban)材(cai))通电(dian)或外(wai)部加(jia)热(re)，使材料发(fa)生(sheng)马氏(shi)体相(xiang)变(bian)，材料受(shou)限凹(ao)复时(shi)将产(chan)生(sheng)很(hen)大的(de)同复力(li)或(huo)者受(shou)热(re)发牛(niu)部(bu)分相变。调整(zheng)复(fu)合(he)材料或结(jie)构(gou)的(de)振(zhen)动频(pin)率(lv)。通过控制改变TiNi形状记(ji)忆(yi)合金的马氏体含量，可(ke)以对(dui)悬臂梁(liang)自由(you)振(zhen)动(dong)进行(xing)控制(zhi)。在(zai)莺(ying)复载荷(he)作(zuo)用(yong)下(xia)，混(hun)合(he)相(xiang)TiNi丝(si)能(neng)够提(ti)供较大较(jiao)稳定(ding)的阻尼，奥氏(shi)体(ti)相的(de)阻(zu)尼随温度(du)升高(gao)变化(hua)较(jiao)大(da)，而马氏(shi)体(ti)相和(he)混合(he)相阻(zu)尼(ni)随(sui)温(wen)度变(bian)化(hua)较小(xiao)，且(qie)混合(he)相(xiang)的阻(zu)尼(ni)能(neng)够在(zai)相对(dui)较大的(de)温度(du)范(fan)围(wei)内保(bao)持(chi)稳定(ding)。超(chao)弹性(xing)Ti N i合金棒材(cai)和(he)板材，由于(yu)尺寸较大而导(dao)致(zhi)其(qi)耗(hao)能(neng)能力(li)降低，但(dan)复位性、抗(kang)疲劳性(xing)好，因(yin)此更(geng)适(shi)宜(yi)用作隔(ge)振系(xi)统(tong)的(de)限位装(zhuang)置(zhi)和构(gou)件锚(mao)固件(jian)。马氏(shi)体相(xiang)的(de)大(da)尺寸(cun)TiNi形状(zhuang)记忆合(he)金，能吸收较(jiao)大的(de)能量，可(ke)作为耗能(neng)元(yuan)件(jian)，但(dan)其残(can)余(yu)变(bian)形需加热回(hui)复。

在(zai)土(tu)木工(gong)程领域(yu)，将常温(wen)下预(yu)应变的(de)TiNi合金丝粘贴(tie)在构(gou)件易(yi)产(chan)生(sheng)裂纹或(huo)应力(li)集(ji)中(zhong)较大(da)的地方。或(huo)将(jiang)其(qi)埋入(ru)结构构(gou)件(jian)中(zhong)，在(zai)载(zai)荷(he)作(zuo)用下(xia)，通过(guo)监(jian)测(ce)TiNi合金丝(si)的电(dian)阻值，可(ke)以了解(jie) 构件(jian)内部应(ying)力或(huo)应(ying)变(bian)的(de)变化，从(cong)而(er)自诊断材料的损(sun)伤；通(tong)电(dian)加热TiNi丝(si)或利用(yong)其(qi)超(chao)弹性(xing)产(chan)生(sheng)回复(fu)力(li)，可(ke)以(yi)减(jian)少裂(lie)纹的应(ying)力(li)集(ji)中，降(jiang)低(di)裂纹(wen)扩展(zhan)速(su)率，最(zui)终(zhong)使(shi)裂纹愈(yu)合(he)，从(cong)而(er)起(qi)到传(chuan)感和(he)驱动作用，实(shi)现结构(gou)无冗(rong)余(yu)智能(neng)控(kong)振(zhen)。在土(tu)木(mu)工(gong)程(cheng)和航空航天领(ling)域，可(ke)将TiNi合金与其(qi)它材料复合形(xing)成(cheng)高阻尼的(de)复合(he)防(fang)振材(cai)料，达(da)到(dao)减(jian)振(zhen)降(jiang)噪的(de)作用。

TiNi形(xing)状记(ji)忆合(he)金(jin)智(zhi)能(neng)复合(he)材(cai)料(liao)，特别是(shi)智能(neng)混(hun)凝土(tu)，可有效提(ti)高结(jie)构的(de)抗震(zhen)、抗毁性(xing)能，是(shi)土木(mu)工(gong)程(cheng)防(fang)灾减(jian)灾(zai)的(de)发(fa)展方(fang)向。

四、形(xing)状(zhuang)记忆(yi)合(he)金阻尼材料(liao)和(he)结(jie)构阻尼性(xing)能设(she)计(ji)思路

为了开(kai)发性(xing)能更(geng)为优(you)良的阻(zu)尼(ni)器(qi)用(yong)于(yu)结构(gou)的减振控制，选用(yong)高(gao)性(xing)能(neng)材(cai)料并进行合理(li)的(de)陲(chui)l尼(ni)器(qi)结构设计(ji)是有(you)效途径(jing)之一(yi)。形状(zhuang)记忆合(he)盒不(bu)仪具(ju)有很(hen)高的(de)l川复(fu)驱动(dong)力。而f1I在(zai)商温(wen)下的超弹性及(ji)低温(wen)下的(de)形状(zhuang)记忆(yi)效应(ying)都具有(you)高阻尼的特(te)性(xing)。超弹型形(xing)状(zhuang)记(ji)忆(yi)合(he)金(jin)可制(zhi)作出(chu)工程(cheng)结构(gou)减振(zhen)控(kong)制阻(zu)尼(ni)器．且制(zhi)作出(chu)的(de)阻(zu)尼器具(ju)有抗疲劳性(xing)好、阻(zu)尼能(neng)力(li)强、可回(hui)复变(bian)形大及性能(neng)较(jiao)稳定等优(you)点(dian)。各种(zhong)相关(guan)研究(jiu)结(jie)果表(biao)明(ming)，形(xing)状记忆合(he)金具有成(cheng)为优(you)异阻(zu)尼(ni)器材料(liao)的(de)潜(qian)能(neng)。形(xing)状记忆(yi)合(he)金(jin)在(zai)每(mei)次(ci)应变循环(huan)内(nei)吸收的(de)能(neng)鼍高，服役(yi)的(de)频率(lv)和温(wen)度范围能(neng)满(man)足(zu)要求，稳定(ding)性(xing)和寿(shou)命(ming)都能被(bei)接(jie)受，可以(yi)加工(gong)成任(ren)何(he)形状。但是(shi)，目(mu)前(qian)形(xing)状记忆(yi)合(he)金(jin)在土木(mu)工(gong)程、海洋(yang)平台等(deng)领域(yu)的(de)研究还局限于理(li)论(lun)研究(jiu)和(he)试(shi)验(yan)阶段(duan)。

为推(tui)动形状记忆(yi)合(he)金阻尼(ni)材料(liao)和结(jie)构在实际工(gong)程(cheng)中的应(ying)用，还需(xu)通(tong)过材料(liao)和(he)结(jie)构设计(ji)、阻尼(ni)功能(neng)设计、振(zhen)动(dong)试(shi)验(yan)数(shu)据(ju)采(cai)集(ji)和(he)模(mo)拟计算(suan)比对(dui)，使(shi)设(she)计出(chu)的材料(liao)和结构能(neng)够达到(dao)不(bu)同减(jian)振(zhen)需求的阻(zu)尼性(xing)能(neng)指标(biao)。根据(ju)超弹(dan)型(xing)和(he)马(ma)氏体型(xing)TiNi合金(jin)阻尼特(te)性，开发丝材(cai)、棒(bang)材(cai)、板(ban)材、弹(dan)簧(huang)等(deng)不同形式的阻尼结(jie)构(gou)设(she)计和应用(yong)，开发(fa)钛(tai)镍(nie)铜(TiNiCu)基、钛(tai)镍铪(ha)(TiNiHf)基、钛(tai)镍铂(bo)(TiNiPt)基等高(gao)温、高(gao)强、高(gao)阻尼(ni)TiNi合(he)金(jin)材(cai)料，研(yan)究其阻尼机(ji)理及(ji)应用(yong)基(ji)础(chu)，加(jia)强TiNi基(ji)高(gao)阻尼(ni)合金(jin)材(cai)料(liao)及结构设计方(fang)面(mian)的(de)知(zhi)识产(chan)权保(bao)护(hu)和(he)应(ying)用(yong)推广(guang)。针(zhen)对形(xing)状(zhuang)记(ji)忆合金阻(zu)尼(ni)材料力学(xue)性能(neng)和(he)阻(zu)尼指(zhi)标匹(pi)配的(de)问(wen)题(ti)，需要突(tu)破(po)使用(yong)温度限制，优化结(jie)构设计，需(xu)进(jin)一(yi)步加(jia)强基(ji)础研究，建立(li)不同温(wen)域(yu)合(he)金(jin)的(de)阻(zu)尼性(xing)能和力学性(xing)能数(shu)据(ju)库，建(jian)立针(zhen)对不(bu)同使(shi)用要(yao)求(qiu)和(he)环(huan)境的材(cai)料(liao)及(ji)结构(gou)阻尼(ni)性能测试标(biao)准(zhun)，建立充(chong)分(fen)考(kao)虑(lv)使用要(yao)求和(he)环(huan)境(jing)的测(ce)试(shi)平台(tai)与设(she)备(bei)系(xi)统，开(kai)发不同基(ji)体(ti)和不(bu)同(tong)耦(ou)合体(ti)的复合(he)体(ti)材料，并(bing)表(biao)征(zheng)测(ce)试(shi)阻尼(ni)特(te)性与力学行(xing)为，研(yan)究(jiu)不(bu)同(tong)载(zai)倚、频率和(he)环境温(wen)度埘形状(zhuang)记忆合(he)金材(cai)料(liao)和结构(gou)的(de)力(li)学(xue)性能与阻尼(ni)行(xing)为(wei)的影响规律。