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观察固体的声阻抗和反射的角度通过分析描述多孔Ti-Mn合金通过扫描声学模式

*通信:

Yahya Al-Sayad,物理系半导体实验室科学教师,Badji-Mokhtar大学,英国石油(BP) 12日阿纳巴,dz - 23000,阿尔及利亚,电话:+ 213559405898;电子邮件:yahya_sayaad@yahoo.com

文摘

Ti-Mn合金晶体结构有0.33的泊松比和密度(4730)gcm-3, Ti-Mn合金是由机械合金化对许多应用程序。在目前的研究中,多孔钛和TixMn (x = 5)合金与不同的疏密度(21%、40.53%和56%)。发现随着多孔TixMn合金的增加(21%对56%)与声学参数值的增加传播的固体声阻抗(ZL, ZT型,Z固体)和纵向,横向和瑞利反映角度(ƟL,ƟT,ƟR)如下:ZL (3311 - 4029) MrayI, ZT型(1668 - 2030)MrayI, ZSolid (35 - 51.83) MrayI和ƟL (13.16 - 19.19 dag。T(34.3 - -50.8),Ɵdag。,ƟR (38.77 - -41.63) dag分别使用一些可接受的物理近似。ZT型阻抗和ZL阻抗依赖疏密度的材料研究、行为情况下显示由于不同的扩散波模式的表面,在一些关键特性的角度,纵向,剪切和瑞利模式生成。这种变化影响声阻抗多孔Ti-Mn合金声签名。

关键字

Ti-Mn结构;声阻抗;孔隙度;声学参数;多孔

介绍

Ti-Mn合金有重要的通常使用在可用范围的产品储氢研究先进燃料细胞,牙科植入物和电池的应用程序。因为他们的特殊力学性能和耐腐蚀性能比传统的不锈钢和钴基合金(1]。其弹性模量及声阻抗被广泛用作固体材料的力学性能以及如何原子材料的取向,以便他们的使用将有助于实现纵向横向的反射角度和瑞利(2- - - - - -4]。然而,也有一些机械性能如杨氏模量,对Ti合金不同从110个罪名减至55个绩点(5]。Ti-Mn合金是由机械合金化和随后合并火花等离子烧结(SPS)技术(6),可以使用多孔材料的茎。有很多以前的评论在许多不同的多孔钛可以由各种方法为粉末冶金过程,(实证)过程和(臀部)减少孔隙度、多孔矩阵开发(7]。

本报告研究:描述材料、声学现象表征得到声学图像可以清除的了解其形成的物理机制和声学性质的对比。这些机制允许一个人的知识进行定量和定量测量,描述的研究材料。测量输出信号的声学显微镜,获取信息的速度声音,声阻抗和坡角的表面几何特征。声阻抗Ti-Mn合金产品的密度(ρ)和速度(V)声音的材料。

超声波的程度能源传播或反映在一个界面分离两个连续的各向同性材料的比例取决于材料的特性声阻抗,能源传播到第二层,从界面反射越少。超声波反映角度(? R)在Ti-Mn合金表面有不同的声阻抗(Z)的两边Ti-Mn合金层的反射和传播波的振幅是两层的阻抗控制的比例和相同的行为是观察到的光线和其它波。入射波反射波会干扰(8- - - - - -13]。

材料和方法

材料

粉和混合的Ti wt % 5 Mn粉末被行星在正己烷湿磨球磨系统。球粉的重量比15:1,转速300 r / m。Ti5Mn粉磨了60 h, Ti5Mn粉末混合15 wt % (NH4HCO3),这是用作TiH space-holder材料和2 wt %₂粉的孔隙形成(14]。旨在整合,粉注入石墨模工具。搬进了SPS技术,被加热温度的升温速率100°C / min在真空下,Ti5Mn合金在不同温度下烧结压力从95°C到110°C和更少的条件(15]。烧结Ti5Mn合金通常是磁盘直径20毫米和5毫米的高度。的孔隙度烧结Ti5Mn合金决心Ti-Mn合金显示减少孔隙度从56%到21%的弹性模量增加35 GPa 51.83绩点戏剧性的(16]。

方法

有很多技术来研究表面测量获得的图像和信息表面x射线摄影,SEM, STM和其他人。但是在这项研究中,我们通过扫描声学显微镜(山姆),测量系统(SAM)是一个表面看起来在样品的表面的反射影像。这种技术也可以产生信息材料的弹性性质(17]。

在这项研究中动态测量Ti5Mn合金的弹性性质,山姆计算过程创建扫描声学显微镜,山姆,山姆技术有效的情况下以下条件:半透镜孔径角θ镜头n = 50°,频率f = 140 (MHz)和耦合液体密度的氟利昂,ρ= 1570公斤/米³和液体六世的纵向速度= 716 (m / s)和non-transvers液体与速度(18,谁Ti5Mn合金的力学性能研究在没有实际影响孔隙度密度,ρ= 4500(公斤/米³)和泊松比,ν= 0.32和杨氏模量E = 95 (GPa)16]。计算声反射系数R(θ)和阻抗Z为每个(氟利昂/ Ti5Mn合金)在蚀变孔隙度(56%至21%),在R(θ)是由解决声学角度θ,θL,θT R(θ)的事件的表面下标为纵向,横向和瑞利模式(19]。计算阻抗的耦合液体Zliq。和总固体的阻抗Z_固体),如我们可以。Ti5Mn合金的弹性性质取决于改变孔隙度之间的液体和固体的耦合条件。

R(θ)= (Z Ti5Mn-Z氟利昂)(Z Ti5Mn + Z氟利昂)......................................................... (1)

Z (Ti5Mn) = ZL (Ti5Mn) cos2 2θl (Ti5Mn) + ZT型(Ti5Mn)罪²2θt ............................ (2)

VT (Ti5Mn) =√E Ti5Mn / 2ρTi5Mn(1 +σTi5Mn) ....................................................... (3)

六世(Ti5Mn) = 2(σTi5Mn-1) (VT²(Ti5Mn) /(2σTi5Mn-1) ...................................... (4)

ZT型(Ti5Mn) =ρVT (Ti5Mn) / CosθT (Ti5Mn) ............................................................ (5)

ZL (Ti5Mn) =ρ六世(Ti5Mn) / CosθL (Ti5Mn) ............................................................ (6)

结果与讨论

模量测量模式

多孔Ti5Mn合金实验现代杨氏模量E报道(16),在这个工作可以确定剪切和体积弹性模量的值(G和B)。利用这样的结果(实验杨氏模量和计算(G和B,弹性模量都观察到与减少孔隙度P (%)。

Ti5Mn合金的杨氏模量取决于他们的疏密度应用内容受到其他影响。他们形成了多孔Ti5Mn合金对各种疏通过表1。在当下我们需要找到关联的弹性模量峰值Ti5Mn合金弹性模量。描述的依赖疏Ti5Mn合金的理论关系。孔隙度范围的研究中,有各种各样的弹性模量。

表1:多孔的特点和比较弹性模Ti5Mn合金孔隙度之间(0%)等。

描述的依赖疏Ti5Mn合金的理论关系。孔隙度范围的研究中,有各种各样的弹性模量。每个特征在不同峰值范围(0%、21%、40%、53%和56%)得到多孔Ti5Mn合金弹性模35.7≤剪切模量G (GPa)≥19.49和93.1≤体积弹性模量B (GPa)≥50.08观察增加孔隙度P(%)鉴于模量降低(E, G和B)。

在图1了,不同的模量(E, G和B)。值杨氏模量≥体积弹性模量≥剪切模量。二手指出,不同孔隙度对模量的影响多孔Ti5Mn合金之间的0%和其他人是最大的。

反射系数Ti5Mn合金孔隙度相关的

特点是(Longitudinal-Transverse-Rayleigh)角度:扫描声学显微镜(SAM)技术可以描述Ti5Mn合金的反射系数数值计算为所有这些关键角度的位移对孔隙度增生时较低的值。我们计算R(?)阶段从方程(1)波事件的Ti5Mn合金。获得的结果说明振幅图2孔隙度(0%)和其他不同的孔隙度(21%、40%、53%和56%)。一些单一的R(?)阶段的多孔Ti5Mn合金范围(0%)和(21%、40%、53%和56%)。

孔隙度检查。计算声学参数六世,VT和虚拟现实,这些Ti5Mn合金进行改革表2的影响,增加多孔Ti5Mn合金R(θ)是澄清改善图2阶段的曲线作为入射角度的函数,θi。这将说明相变对应于剪切临界角θS,(如箭头所示图2)。θS和θR之间的轻微的转变是由于速度变化的瑞利和剪切速度,因为,轮流多孔Ti5Mn合金。然而,我们可以观察到,反射系数变得团结,R | | = 1,这意味着所有的事件能源反映。

表2:反射系数的实验数据和计算纵、横向速度波和瑞利波最后孔隙度Ti5Mn合金。

临界角度θL = 9.34°;13.08°;12.22°;10.72°,θT = 8.77°;26.62°;24.79°;24.63°),θR = 38.77°;46.62°;44.79°;41.63°,出现这些振荡变化由于Ti5Mn合金影响孔隙度(0%、21%、40%和56%)增加临界角度分别。

量化的声阻抗不同多孔Ti5Mn合金

下面的小应用程序可用于计算任何材料的声阻抗,只要它的密度(p)和声学速度(V)是已知的。applet也展示了如何改变不同的多孔Ti5Mn合金对声阻抗的影响,反映和传播,注意的零数传播声音能源加上反映的零数的声音能源= 1。计算到达使用这些值将根据情商授予。(2),(5)和(6),这些结果显示表3。的特性声阻抗纯粹是一个属性的媒介波旅行。单位是瑞利= kgm²年代¹。

表3:特征关系声阻抗的常量值,代表(ZL, ZT型和Z_固体)通过转变Ti5Mn合金的孔隙度。

我们也调查了其他几声阻抗(ZL, ZT型和Z_固体)Ti5Mn合金。合同我们记忆的声阻抗如何变化,结果计划图3澄清多孔Ti5Mn合金的影响。在声阻抗图3(瑞利或Z_固体,()、横向、ZT型(ΔΔΔ)和纵向,ZL,(οοο)]。一般来说,声阻抗Ti5Mn合金非常敏感的研究变量的疏密度(0%,21%,40%,56%),测量声阻抗特征(ZL, ZT型,Z_固体)。

这些标志设置指示再次务实的行为图2修改的地方多孔Ti5Mn合金控制声阻抗的增加每个点除了在0%,这个最初的增加是紧随其后的是准周期和孔隙度0%遵守规定,高阻抗Ti5Mn合金比增加多孔Ti5Mn合金孔隙度0%,ZL = 21.03, ZT型= 11和Z_固体= 20.68 Mrayl团结,而如果疏(21%、40%和56%),ZL =(16.09, 17.09和19.37)。Mrayl然后ZT型= (8.74、9.21 and10.26)。Mrayl和Z_固体=(14.7、15.82和18.23)Mrayl,分别。

结论

声学模式可能出现的严重的现象或撤回声阻抗的结果。这次调查的重要性欺骗的直接测定,公认的假设多孔Ti5Mn合金杨氏模量实验,所有的单R(?)阶段多孔Ti5Mn面向使用扫描声学显微镜(SAM)技术,它可以表达(Longitudinal-Transverse-Rayleigh)角度的反射系数和计算的孔隙度Ti5Mn合金。仔细想声学参数(E, G, B,六世,VT,虚拟现实,θL,θT,θR, ZL, ZT型和Z_固体)是决定性的,非正常增加或减少时必须增加多孔Ti5Mn合金(21%、40%和56%)。在这工作是允许应用程序在声学材料或可行性研究人员通过使用数据。

引用

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