W_NiTi记忆合金复合材料设计与制备探索

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1、中图分类号：TB331单位代码：11414学号：2012316007题目W/NiTi记忆合金复合材料设计与制备探索学科专业材料科学与工程研究方向材料多功能化与智能化博士生邵阳指导教师崔立山教授二○一七年五月StudyondesignandpreparationofW/NiTishapememoryalloycompositesDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,Beijinginpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegree

2、ofDoctorofEngineeringByShaoYang（MaterialsScienceandEngineering）DissertationSupervisorProf.CuiLishanMay,2017-I-博士学位论文独创性声明，独立进行研宄工作郑重声明：本博士学位论文是作者个人在导师的指导下所取得的成果，论文中不包含其他个人。除了文中特别加以标注和致谢的地方外和集体己经发表或撰写的研宂成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料，均己在论文中。对本研宄做出贡献的个人和集体做

3、了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。⑷日期．七：叫．５作者签名：部Ｉ°＞－：＾７＞导师签名：＾３＾日期ｉ＿博士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交；学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅学校可以公布学位论、缩文的全部或部分内容，可以采用影印印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。；可以将本学位论文的全部或部分内

4、容编入有关数据库进行检索本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书一（署名单位。面同意，且须以中国石油大学北京）为第％作者签名：：鄉曰期导师签名：：Ｗ日期严＂七－－ＩＩ摘要摘要单体态纳米线具有超高强度和超大弹性应变，然而其本征力学性能在复合材料中难以体现。我们课题组基于纳米线的超大弹性应变与相变基体的相变应变相匹配的概念，发现Nb纳米线可以在NiTi相变基体中展现超大弹性应变，使复合材料展现出优异力学性能。受此启发，如果我们利用金属中弹性模量最高的W，代替Nb，将W与NiTi记忆合金复

5、合，有望获得高性能复合材料。此外，根据相变增塑原理，W/NiTi记忆合金复合材料，有望可以克服W的室温脆性，获得良好的室温塑性。由此，本文探索采用粉末冶金、累积叠轧法及熔渗附加热压的方法，制备W/NiTi（Nb）记忆合金复合材料。并采用SEM、TEM、XRD、DSC及力学试验机等先进手段研究了该复合材料的微观组织结构、相变特征及力学性能，采用同步辐射高能X射线原位研究了该复合材料中两组元的变形机制。为将W粉末与NiTi(Nb)粉末复合，首先探索了利用吸氢-脱氢法制备NiTi（Nb）记忆合金粉末。发现冷拔TiNi（Nb）合金丝材中存在的

6、非晶和纳米晶，可明显提高TiNi（Nb）合金的氢化效率；由此制备的TiNi（Nb）合金粉末颗粒直径在20-50μm范围内，并具有良好的马氏体可逆相变行为。在此基础上，采用真空热压法制备了W/NiTi（Nb）记忆合金复合材料，发现在制备过程中，除氧化外，TiNiNb粉末与W存在扩散，造成复合材料中的NiTi（Nb）成分改变。采用真空热压和锻造及随后热加工方法制备了W/NiTi记忆合金层状复合材料。原位压缩同步辐射高能X射线检测结果表明，在压缩过程中，NiTi发生应力诱发马氏体相变，由此降低应力集中，阻碍裂纹扩展，克服了单体态钨的室温脆性

7、，呈现了良好压缩塑性，为高性能钨复合材料设计提供新思路。采用熔渗-热压方法制备了W含量为70%（体积分数）的W/NiTi记忆合金复合材料，并利用锻造、轧制的方法制备了W纤维/NiTi记忆合金复合材料。研究结果表明，由于在变形过程中，NiTi发生马氏体相变，阻止裂纹扩展，烧结态W/NiTi复合材料展现出1120MPa的断裂应力和7.7%的断裂应变。此外还发现，W纤维/NiTi记忆合金复合材料在拉伸过程中，NiTi合金发生应力诱发马氏体相变；W纤维的弹性应变极限达到0.83%，远大于单体态钨的弹性应变极限；W纤维承担了90%的应力，由此，

8、使复合材料呈现的断裂强度高达2300MPa，高于已报道的传统钨基复合材料的强度。关键词：金属钨；马氏体相变；NiTi记忆合金；复合材料-III-ABSTRACTThedesignandpreparationofW/NiT