一般金属的阻尼性能很差，不能用作阻尼材料。但是，在某些金属中掺杂一定比例的其他成分，可制作出具有高阻尼性能的合金材料。这些合金材料的损耗因子比一般金属的大得多，并且耐高温，用其制造机械设备或仪器的构件，可起到从振动源减振降噪的效果。

迄今为止，人们已开发了以镍、镁、铜、锌、铝和铁等为基体的各种阻尼合金，并已应用到实际中，如用于制造潜艇、鱼雷和舰船螺旋桨的锰铜基阻尼合金，用于汽车发动机缸盖、带轮的锌铝阻尼合金等。

所谓的高阻尼仅是相对普通合金的阻尼特性而言的，高阻尼合金的损耗因子仅为0.01～0.15，与黏弹性材料相差1～2个数量级，且存在腐蚀、焊接等技术问题，因此，高阻尼合金仍不能满足很多真正对阻尼需求高的场合使用。但是，对材料强度要求较高的场合，高阻尼合金是一种不错甚至是唯一的选择，故其应用范围依然十分广阔。

根据阻尼机制，高阻尼合金可分为位错型、孪晶型、铁磁型、超塑性型和复相型5种。这些阻尼合金的阻尼性能特点如表2.6所示。

2.3.1　位错型

位错型阻尼自1940年被Read发现后，迄今已发现频率范围从小于1Hz到几百兆赫，温度范围从液氦温度到2000℃，都有可能存在位错阻尼。根据位错运动的微观机制，位错阻尼粗略地可以分为两大类：一是独立位错的运动，如低温位错弛豫型内耗和扎钉型位错阻尼；二是位错与其他各种缺陷存在交互作用，如气团型位错阻尼。

扎钉型位错阻尼是较为常见的位错型阻尼，许多含少量合金元素的金属单晶都可以用G-L位错扎钉模型很好地解释。如图2.14所示，位错型合金内的点缺陷（杂质原子或空穴）被弱钉和强钉所钉扎。当合金受到外部应力发生应变时，弱钉间的位错线弓出，合金出现额外的位错应变，从而产生内耗，将外界振动能耗散。当应变较小时，位错只能摆脱弱钉的束缚，阻尼大小与位错线的弓出程度有关，频率越大，弓出越快，振动能耗散越多。在这个阶段，合金的阻尼与频率有关，而与振幅无关。当应变逐渐增大，位错线将发生雪崩式脱钉，并在强钉周围形成位错环，从而引起应力松弛并导致机械振动能的减少。此时，阻尼随位错密度和振动的增大而增大。这是因为，位错密度越大，单位体积内能够弓出的有效位错线就越多，所吸收的外界振动能就越高，而应变越大，强钉间的位错线弓出得越厉害，外界振动能耗散越多。

纯镁（Mg）在各种金属材料中具有最好的阻尼性能，且密度很小，耐蚀性好，但是，其力学性能严重不足，尤其是强度低，限制了其应用。在实际应用中，常常对Mg添加少量锆（Zr）、锰（Mn）或高强度的石墨纤维等材料，以提高Mg的综合性能，如Mg-Zr、Mg-Si、Mg-Cu、Mg-Al等。其中，Mg-xSi合金的阻尼性能如图2.15所示。

MCM（Mg-Cu-Mn）系合金 是近年来开发出来的新型高强度高阻尼镁合金，其抗拉强度达到290MPa，且阻尼性能远远高于传统镁合金。MCM系已被认为是镁系阻尼合金中强度和减振性能最佳的合金，且铸造性、耐蚀性和切削性俱佳，可用来取代传统的Mg-Zr系阻尼合金。

目前，Mg合金已在航天、航空、汽车、电子产品等领域有广泛的用途。

2.3.2　孪晶型

孪晶型阻尼合金含有大量与热弹性马氏体相变密切相关的共价孪晶界面，在周期应力的作用下，这些界面将发生重新排列并产生非弹性应变使应力松弛，从而将外界振动能耗散。

常见的孪晶型阻尼合金有Mn-Cu、Ni-Ti、Cu-Al-Mn和Cu-Zn-Al等。

Mn-Cu系阻尼合金最早由Zener于1948年发现，它的阻尼性能和力学性能都较好，但对温度十分敏感，如图2.16所示，只适合较低温度下使用，且成本较高。

Ni-Ti、Cu-Al-Mn和Cu-Zn-Al等则是具有形状记忆功能的孪晶型阻尼合金，具有优良的阻尼性能，应用较广泛。

2.3.3　铁磁型

在铁磁型阻尼合金中，原子之间形成磁矩，相同方向上的磁矩排列起来又形成了磁畴。在外力作用下，合金中相当部分的磁畴边界会发生不可逆移动，使应变滞后于应力，产生弛豫现象，形成阻尼。

铁磁型阻尼合金主要特点是强度高、成本较低，且阻尼性能不受频率影响，适用于较高温度和低应变振幅的环境，如图2.17所示。常见的铁磁型阻尼合金有Fe-Mn、Fe-Cr、Fe-Al系列合金。这类合金的阻尼性能随应变的增大而迅速提高，并在某一处达到极大值。在低于居里温度时，合金阻尼性能不随温度变化而变化；而高于居里温度时，合金阻尼的性能会大幅下降，且在磁场环境中阻尼性能会迅速下降，甚至消失。

2.3.4　超塑性型

超塑性型阻尼合金的晶界和相界面在周期应力作用下会发生塑性流动而引起应力松弛，从而产生阻尼。这种合金以Zn-Al合金为典型。

Zn-Al合金的特点是密度小，在小振幅下能保持较高的阻尼性能并不受磁场影响，但其强度较低，耐腐蚀性能也较差。Zn-Al合金的阻尼性能不受应变振幅影响，但会随温度的升高而提高。超塑性型合金可用于滑动轴承、轿车发动机机座、越野摩托车的凸轮轴和驱动轮、风镐阻尼部件等领域。

2.3.5　复相型

复相型阻尼材料存在着强度差异较大的2种或2种以上的成分，在应力作用下，强度较高的基体相会发生弹性变形，较软的第二相发生塑性变形使振动能耗散。

灰铸铁是典型的复相型阻尼合金。它成本低，易加工，可在铸态下使用，其阻尼性能随应变幅的增大而提高，温度升高也会使其阻尼性能得到改善。灰铸铁已被广泛用来制造各类发动机和机床的机座。

2.3.6　形状记忆合金高阻尼材料

形状记忆合金是一种具有高阻尼性能的功能材料，最早于1972年被提出应用于结构振动控制领域。目前，以Ti-Ni合金和Cu-Mn系合金等为代表的形状记忆合金高阻尼材料在国内外得到了广泛应用。

形状记忆合金在周期应力作用下，经受应力诱发马氏体相变，以及马氏体态经受马氏体再取向和再分布的过程中相变自协调作用及马氏体中形成的各种界面（孪晶面、相界面、变体界面）的滞弹性迁移，会吸收大量能量，从而表现出高阻尼性能。利用这个高阻尼特性，形状记忆合金可用于对结构振动的主动和被动控制。

通常形状记忆合金的高阻尼性能与振幅有关，随应变量的增大而增大，直至达到某一峰值，出现阻尼饱和，随后则随应变的增大而下降；它的高阻尼性与其马氏体相及母相态都有关系，且具有明显的工作温度敏感性，图2.18示出了不同温度（分别对应：马氏体相区、相变区和奥氏体相区）区间的阻尼特征。

在马氏体相区，合金的减振性能主要是由于应力诱发马氏体及变体之间的界面运动而产生的。在这个区域中，形状记忆合金表现出较高的阻尼。需要指出的是，马氏体相的本征内耗特性受振幅的影响非常大，在某些条件下（一定的振幅），马氏体相区内，形状记忆合金的阻尼可以达到很高的值。例如，Ni-Ti形状记忆合金的应变达到10 ^{- 2} 时，阻尼可达到0.15。

在奥氏体相区内，阻尼变得很小，这是因为在奥氏体内部几乎没有可动的缺陷或界面。因此，这一区域不能应用于阻尼设计中。

在相变区内出现了阻尼的峰值，这受变温速率影响很大，当温度恒定时，峰值不明显。因此，如果所选取的材料在恒温或温度变化不大的环境下工作，那么不能为了追求高阻尼而将工作温度选择在相变区。

Ti-Ni合金的使用温度区域较窄，一般在40℃以下。为此，在TiNi基础上，人们开发出TiNiCu合金，用适量的Cu原子代替了Ni原子，提高了合金的相变温度。TiNiCu合金因具有小的相变滞后和宽的使用温度范围而备受关注。

Ti-Ni合金除了高阻尼特性外，还具有良好的形状记忆效应、超弹性、阻尼性能、抗疲劳性能和很好的耐腐蚀能力，因而在机械工程、土木工程、航天航空和工业自动化等工程领域得到了最广泛的研究和应用。它们可以应用于各种驱动器、制动器和连接紧固件，如电流断路开关、激励器、滤波器压杆、防弹装甲材料、智能混凝土梁、智能传力垫及智能结构控制件等。

但是，Ti-Ni合金一般只能应用在较低的振动频率范围内，因此，目前主要以丝材或弹簧的形式应用于结构减振抗震领域。

2.3.7　泡沫金属基阻尼材料

Mn-Cu、Ti-Ni 等材料具有高强度和高阻尼的特征，但密度较大；纯 Mg、Mg-Zr 具有最好的阻尼和最轻的密度，但强度很低。因此，人们提出利用泡沫金属制备技术，在合金基体中形成大量细小弥散的微孔，然后与黏弹性或无机非金属材料复合，形成复相阻尼、结构阻尼和黏弹性阻尼等多种阻尼机制的叠加，制备出既有金属材料的力学性能，又有黏弹性材料的高阻尼本领的新型多功能材料。

表2.7　是王志远等人 ^［40］ 制备研究的几种ZA27泡沫金属基复合材料的结构参数和性能参数。ZA27泡沫金属的内耗值最高可达9.670×10 ^{- 3} （此时孔隙率较大），是铸造ZA27的20倍（内耗值为0.478×10 ^{- 3} ），虽不如黏弹性材料，但却明显高于阻尼合金。因此，采用泡沫金属基黏弹性材料制作复合阻尼材料是获得价高综合性能阻尼材料的一个值得关注的方向。