晶体形态对金属涂层阻尼特性的影响

研究了金属涂层阻尼性能的微观机理.采用磁控溅射技术在不锈钢表面制备了Al、Ti、TiAl合金涂层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱分析仪研究了金属涂层的物相、微观结构和元素组成;利用动态热机械分析仪(DMA)分析了涂层的阻尼性能.结果表明:单靶磁控溅射制备Al涂层为典型的片状晶体结构,而Ti涂层为柱状微晶结构;双靶共溅射制备的TiAl合金涂层为Al晶体为核心包裹微晶Ti的合金微团结构.在金属涂层和基体结构阻尼性能测试实验中,频率为31～35 Hz区间Al、Ti、TiAl合金和不锈钢基体四种试样均出现阻尼品质因子倒数(Q1)峰;然而在频率为57 Hz时,Al、Ti及TiAl合金涂层的试件出现明显Q-1峰,其峰值约为0.016,未镀膜的不锈钢基体试样未出现峰值;在57 Hz频率下的应变幅与Q-1关系曲线中,微团状晶态TiAl合金涂层阻尼性能最强,柱状晶态Ti涂层阻尼性次之、相对而言片状晶态Al涂层最弱.由此可见,晶体结构对金属涂层的阻尼性能的影响存在直接相关性,乱序晶体结构弛豫和晶界纳米缝隙的内摩擦是金属涂层产生阻尼的主要原因.