NiTi纤维增强Ti-Al金属-金属间化合物层状复合材料的制备与性能

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文－ＮｉＴｉ纤维增强ＴｉＡｌ金属－金属间化合物层状复合材料的制备与性能硕士研究生：田瑶指导教师：姜风春教授学科、专业：材料科学与工程论文主审人：张中武教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文NiTi纤维增强Ti-Al金属-金属间化合物层状复合材料的制备与性能硕士研究生：田瑶指导教师：姜风春教授学位级别：工学硕士学科、专业：材料科学与工程所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程

2、大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngFabricationandPropertiesofNiTiFiber-ReinforcedTi-AlMetal-IntermetallicLaminateCompositeCandidate:TianYaoSupervisor:Prof.JiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MaterialsScienceandEngineeringDateofSubmission:Jan.

3、2018DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversityNiTi纤维增强Ti-Al金属-金属间化合物层状复合材料的制备与性能摘要纤维增强Ti-Al金属-金属间化合物层状复合材料的特殊结构使其具有一系列的性能特点，如材料的各向异性，以及几何与物理非线性等，因此在研究、制造和应用过程中面临许多重要和复杂的性能问题。本文针对NiTi纤维增强Ti-Al金属-金属间化合物层状复合材料（SMAFRMIL复合材料）性能的各向异性问题，通过改变纤维铺设角设计出了正交NiTi纤维增强Ti-Al金属

4、-金属间化合物层状复合材料（正交SMAFRMIL复合材料）的新结构，同时制备出了单向NiTi纤维增强Ti-Al金属-金属间化合物层状复合材料（单向SMAFRMIL复合材料）进行性能比较；主要研究了单向SMAFRMIL复合材料和正交SMAFRMIL复合材料的制备工艺和反应机理，重点研究了NiTi纤维铺排方式对SMAFRMIL复合材料力学性能和阻尼性能的影响，并揭示了NiTi纤维铺排方式在SMAFRMIL复合材料中的作用机理。研究结果表明：（1）无论初始单元结构为“Ti-NiTi-Al-Ti”还是“Ti-Al-NiTi-Al-Ti”叠层，经过热压烧结后NiTi纤维均是均

5、匀地分布在金属间化合物层中心，且在金属间化合物层中形成由NiTi纤维、Al3Ti单相区和两相混合区构成的“block单元”。通过HSC6.0软件对Al3Ni相和Al3Ti相形成自由能计算和实验验证发现，Al3Ni相优先于Al3Ti相形成，两者交替形成两相混合区独特的片层结构，并在两相区周围形成单相区。（2）对不同相体积分数SMAFRMIL复合材料的密度和弹性模量进行测量，研究结果发现SMAFRMIL复合材料的密度为3.8~4.1g/cm3，弹性模量为140~165Gpa。对SMAFRMIL复合材料的显微硬度测试发现，垂直于层向的显微硬度呈周期性规律分布。（3）通过对

6、单向SMAFRMIL复合材料和正交SMAFRMIL复合材料进行拉伸、压缩和三点弯曲测试及断口形貌分析表明，当材料受拉应力时，材料中界面对拉伸性能起到重要的作用，由于正交SMAFRMIL复合材料中与拉应力垂直的界面对材料的拉伸性能起到弱化的影响，因此正交SMAFRMIL复合材料的抗拉强度低于单向SMAFRMIL复合材料。在压应力状态下，正交NiTi纤维铺排方式在裂纹扩展过程中起到止裂作用，使得正交SMAFRMIL复合材料的抗压性能优于单向SMAFRMIL复合材料。通过断裂能量计算，在弯曲应力状态下NiTi纤维的塑性变形和断裂对材料的断裂韧性起到重要的贡献，而正交NiT

7、i纤维铺排方式所引起的部分层纤维仅发生脱粘过程使正交SMAFRMIL复合材料的韧性低于单向SMAFRMIL复合材料。（4）通过对单向和正交SMAFRMIL复合材料的阻尼性能分析发现，经过热压烧结后，NiTi纤维失去了其某些阻尼特性，但其伪弹性的存在仍然使NiTi纤维表现出良哈尔滨工程大学硕士学位论文好的阻尼特性，因此SMAFRMIL复合材料中NiTi纤维的固有阻尼和界面阻尼对复合材料的阻尼性能起到主导作用。正交SMAFRMIL复合材料的界面数和NiTi纤维的数量较单向SMAFRMIL复合材料的多，因而表现出较高的阻尼性能。关键词：纤维铺排方式；反应机理；力学性能