减振降噪阻尼材料及其应用

　　1　前　言

　　近几十年来,随着经济的飞速发展所造成的噪声公害已成为严重的社会问题,并引起了人们的高度重视。

　　物体的振动(噪声)主要受下述因素影响,即:与势能有关的刚度(薄壳结构刚度小),与动能有关的质量(质量增加设备笨重),以及与能量消耗有关的阻尼,故在无法改变结构(即构件设计已确定时),以及在宽频随机激励,脉冲激励等场合下,就只能采用增加部件或系统阻尼的方法来控制振动或噪声。但现代工业发展趋势是尽可能采用整体加工工艺的构件,选用高强度的材料和实现高速运行,其结果势必使系统的连结阻尼及部件的内阻下降。为此必须开发一种既具有高强度又具有高内阻的新型材料,才能解决上述矛盾。亦即在给定的振动结构因子的前提下,提高组成材料的内阻,以便通过用增大振源系统内部阻尼,增大固体结构传递途径的能量消耗和改变声辐射表面的振动响应特性等办法,来达到减振或降噪目的。

　　本文将简单介绍减振材料的发展,重点介绍复合阻尼钢板的性能和应用。

　　2　国内外减振材料发展概况

　　国外于50年代起开展了以军事为目的的高阻尼材料的研究。在美国50年代中期报道了用于超音速飞机蒙皮和航空发动机部件的KIXI(镁—锆合金)和NiVCo—10合金[1]。60年代则由英、美等国开发了用于潜艇螺旋浆的Sonostone, Incramvte (锰—铜系)合金和Nitinol(镍钛合金)[1], 70年代由日、美、英等国发展了铁—铬系的Silentalloy、Tranqlloy合金[1]。这些材料除保证了金属材料的强度外,还在于其内部形成了位错型、孪晶型或铁—磁型等内耗机构而加速了外界振动能量的消耗。它们的η值一般可达到10-3~10-2水平,比普通金属提高了几十倍。几种典型的高阻尼合金的特性简介如下。

　　2·1　Al-Zn系合金

　　Al-40%Zn和Al-78%Zn合金经固溶化处理,随后经150℃长时间时效,在晶界有Zn的不连续析出物形成。合金的衰减能随温度增高而上升,在50℃附近可获得高的衰减系数S、D、C=30%,这是最早报导的高阻尼合金。由于这种合金具有牢固、便宜、轻巧和易加工等特点,可用于唱机的转盘、发动机盖和部分机械。

　　2·2　Mg和Mg合金

　　这类合金具有最大的衰减系数,铸造Mg合金的衰减系数可达60%。加上它强度大、比重小(1·74g/cm³),能承受大的冲击负荷和对碱、石油苯和矿物油等有较高化学稳定性的优点,所以Mg合金(Mg-0·6%Zr的KIXI合金)被用于火箭的姿态控制盘和陀螺的安装架等精密装置上。

　　2·3　Mn-Cu合金[2]

　　这类合金以Sonostone、Incramvte为代表,具有良好的衰减系数和耐蚀性,较好的抗应力腐蚀和抗空穴腐蚀性能,因此在船舶工业中得到应用。在1968年Sonostone就用于制作潜艇和鱼雷的螺旋浆。但存在合金热处理复杂,冷、热加工性比较差,杨氏模量低,制造成本高等缺点。