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《华南理工大学》 2017年
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原位Ti_2Ni相增强轻质多孔NiTi记忆合金复合材料的制备及阻尼性能研究

杨兵  
【摘要】:噪声和振动普遍存在于各个机械领域,特别是在高速运转的机械设备中,对人体和环境造成极大危害,采用高阻尼材料是目前最有效的解决办法。为了满足汽车、高速列车、航空航天和军事等领域中对于高阻尼材料在减重节能、耐候和耐温等方面的严苛要求,开发轻质高强高阻尼金属材料势在必行。多孔NiTi形状记忆合金作为一种非常有潜力的轻质高阻尼金属材料,受到研究者的广泛关注,但目前还存在着高温母相本征阻尼与比强度之间矛盾等关键问题未得到很好解决。本文采用电弧熔炼和粉末冶金的方法,将原位Ti2Ni相和孔隙引入到NiTi记忆合金中制备成轻质复合材料。系统地研究了原位Ti2Ni相的含量、形态以及孔隙形状、孔隙率等对轻质NiTi记忆合金复合材料的微观组织、力学性能和阻尼性能的影响规律,并得到以下几个结论。首先研究结果表明,原位Ti2Ni相可显著增强致密NiTi记忆合金的比强度和塑性,且Ti2Ni相的含量和形貌是影响的两个关键因素,当含量在20%左右,原位Ti2Ni相多以5~10μm的半网状和100~1000nm的纳米球形和纳米条状颗粒弥散分布在NiTi基体中,增强效果达到最佳。此时,复合材料室温压缩断裂强度高达2.9GPa(比强度为450MPa?cm3/g),断裂应变为37%,高温压缩断裂比强度也可达到280MPa?cm3/g,同时其母相本征阻尼值还能保持在0.008以上。接着,将2~5μm颗粒状的原位Ti2Ni相和100~300μm不规则孔隙同时引入NiTi基体中,制备出孔隙率为36%的多孔NiTi记忆合金复合材料,虽然其比强度降低一半,但其本征阻尼值得到大幅度的提高。无论在不同应变振幅、振动频率、变温速率下,其母相本征阻尼值都能够稳定在0.02以上,马氏体本征阻尼值稳定在0.045以上,这比致密Ti2Ni/NiTi复合材料分别提高了150%和29%。同时,该多孔Ti2Ni/NiTi复合材料完全超弹性可达2%,在室温和高温下的压缩断裂比强度分别为180MPa?cm3/g和120MPa?cm3/g,这也远优于相同孔隙率下的多孔NiTi记忆合金。而且,进一步研究表明,孔隙率相同时,不规则的孔隙更有利于多孔NiTi记忆合金复合材料的母相和马氏体相本征阻尼的提升,但对室温下的比强度具有一定减弱效果。最后,成功制备出孔隙率为60%的双模多孔NiTi记忆合金复合材料,在-80~200℃全温度范围,其本征阻尼值都可高达0.06以上;而且,在较低的应变幅度下,其母相本征阻尼值可达0.1以上,马氏体本征阻尼更是可高达0.2以上,这是目前报道的所有致密和多孔NiTi复合材料中最好的结果。同时,其室温压缩断裂强度为150MPa,断裂应变为18%,这比相同孔隙结构的多孔NiTi合金分别提高了4倍和5倍。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG139.6;TB333

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