李岩[1]2001年在《机敏复合材料中TiNi形状记忆合金约束态相变研究》文中研究说明智能材料的概念产生与二十世纪八十年代后期。形状记忆合金机敏复合材料一直是智能材料中的研究热点与重点之一，而形状记忆合金在基体材料约束态下相变行为的研究是应用与发展这类机敏材料的关键基础性问题。但是，这方面的研究仍然缺乏。 本论文基于形状记忆合金机敏复合材料的应用特点，以近等原子比TiNi形状记忆合金为研究对象，采用电阻法，DSC，电阻应变仪，SEM和TEM等手段，对TiNi记忆合金在恒应变约束下的相变和力学行为及TiNi合金丝在水泥基体约束下的相变进行了系统研究，主要结论如下： 采用DSC方法和回复应变的测量，对小预应变(＜10％)TiNi形状记忆合金的相变及不完全相变行为进行了研究。结果表明，逆相变开始温度随预应变增加而增大，其原因是预应变造成马氏体再取向使弹性能降低，引起的塑性变形和晶粒间的约束提高了耗散能。晶粒的塑性变形及位错的引入是第二次逆相变开始温度低于未预应变时逆相变开始温度的主要原因。经不完全相变的样品由自适应马氏体和取向马氏体组成，第二次逆相变过程中，两者先后发生相变，其中自适应马氏体逆相变温度降低，取向马氏体逆相变需要过热。 研究了预应变TiNi形状记忆合金的回复力及驱动特性。发现经973K(再结晶温度以上)退火以后的TiNi合金丝，回复力与温度变化成正比，即加热时上升，冷却时下降。回复力与预应变有关，当预应变为8％左右时可以得到最大回复力，预应变再增大，最大回复力反而减小：材料参数(do／dT)也随预应变增加而增大。在第二次加热时的回复力与第一次的变化路径明显不同。在约束态加热温度，第二次加热时的回复力比第一次的低。经723K热处理的TiNi合金丝在加热时的回复力，出现下降现象，可能与拔丝过程中形成的特殊取向马氏体有关。 采用电阻法，DSC和TEM等手段研究了恒应变约束下预应变TiNi记忆合金的相变行为。实验结果表明，回复力的作用及其导致的取向马氏体再变形的发生，是约束态逆相变温度区间比自由态相变区间显着拓宽的两个原因；在约束态正相变过程中，由于回复力的诱导而生成应力诱发马氏体：正相变过程中的R相变与取向马氏体再变形过程中引入的位错有关。经不完全相变后的第二次逆相变中，应力诱发马氏体和剩余取向马氏体先后发生相变，并可以输出两 QZ段回复力（约束态）或两段回复应变（自由态人 制备了界面结合状况良好的TWi合金丝／水泥复合材料，研究了Tei合金在水泥基体约柬下的相变行为。实验结果表明，当记忆合金丝的预应变较大时，由于较大的回复力而导致复合材料的破坏。小预应变TINi记忆合金在水泥基体约束下的逆相变是取向马氏体再变形过程。在复合材料DSC加热曲线上吸热峰所在的逆相变温度区间内，马氏体逆相变的平均速率较大；在复合材料DSC加热曲线吸热峰的结束温度以上，取向马氏体的逆相变仍在进行，但平均相变速率较小。
郑雁军[2]2000年在《TiNi形状记忆合金丝/AI基复合材料中TiNi合金约束态相变的研究》文中指出智能材料系统是八十年代末期提出的一个概念，此概念一经提出，立即引起了人们的浓厚兴趣。经过十多年的发展，智能材料系统的研究得到了较大的进步，并且形成了一个多学科交叉的全新的研究领域。形状记忆合金（SMAs）是智能材料系统中最重要的组元之一，具有感知驱动双重功能，可以用作传感器感知周围环境中应力、温度、电场、磁场等的变化，也可以用作驱动器改变智能材料系统的形状、位置、应变、刚度、自然频率和阻尼等性能。SMAs还可以很容易地制成带状、颗粒和丝，并复合到其他材料中形成复合材料。SMAs复合材料的研究属于材料系统智能化的基础研究之一。 以往的工作中多以高分子材料作为机敏复合材料的基体，以金属为基体的研究起步较晚，而且目前金属基复合材料尚未具有基本的机敏行为，这是由于金属基机敏复合材料的研究中涉及到了几个关键的问题难以解决： 1）NiTi合金与金属基体间绝缘膜的制备。 2）复合材料的界面控制。 3）复合材料中NiTi合金丝的约束相变特性。 本文用热压法制备了TiNi丝/Al基复合材料，并采用DSC、SEM、XRD、膨胀应变测量、划痕法对复合材料中TiNi合金的约束态相变进行了系统研究，其中的创新性工作及有关重要结论总结如下： 研究了预应变对TiNi合金丝逆马氏体相变的影响，结果表明，TiNi合金逆马氏体相变温度A_s和A_f随着预应变的增大而升高，而（A_f—A_s）随着预应变的增大而降低，当预应变超过7％左右时（A_f—A_s）达到最小值，预应变继续增大时（A_f—A_s）保持最小值不变。逆相变热焓随着预应变的增大而升高，当预应变为7％左右时达到最大值，然后随着预应变的进一步增大而降低。相变温度的升高，（A_f—A_s）的降低和相变热焓的升高都与弹性能在预应变过程中的释放有密切关系，而弹性能的释放是预应变引起的马氏体变体再取向的结果。 研究了预应变后TiNi丝/铝基复合材料在加热时TiNi合金丝的相变特征，结果表明：TiNi合金丝在不同相组成状态下预应变，其相变特征有很大不同。若TiNi合金处于马氏体状态时预应变，则DSC加热曲线上出现一个 摘要吸热峰，其面积随着预应变的增大而减小，其开始结束温度随着预应变的增大而升高。若TINi合金处于母相状态时预应变，则DSC加热曲线上也只出现一个吸热峰，其面积随着预应变的增大而减小，但其开始结束温度不受预应变的影响，且与未预应变试样的开始结束温度基本相同。若预应变时TINi ＋合金中同时有母相和马氏体相，则DSC加热曲线上同时出现两个峰，每个峰的面积均随预应变的增大而减小，其中一个峰的开始结束温度随预应变增大而升高，另一个峰的开始结束温度不受预应变影响。本文提出了马氏体自拉伸过程及马氏体变形度的概念。 研究了热循环对预应变后TINi合金丝／铝基复合材料在加热时TINi合金丝相变特征的影响，结果表明，与未预应变样品相比，预应变样品的马氏体逆转变开始温度在第一次加热过程中明显升高；在第二次加热过程中，马氏体逆转变开始温度降低，与未预应变样品基本相同。随热循环次数继续增加，马氏体逆转变开始温度略有降低，当热循环次数超过30次后，马氏体逆转变开始温度几乎保持稳定。在最初的几次循环中相变热烩随着循环次数的增加而迅速增大。在随后的循环中相变热烙的增大趋势变缓，当循环超过30次后相变热焰基本不再随着循环次数的增加而增大。 以工程应用为目的，对TINirAI基复合材料进行了模型处理。基于马氏体体积分数对温度偏微分与自由能差对温度偏微分呈线性关系的事实，通过对实验曲线的模拟，提出一种新的马氏体相变动力学公式。从修正的克劳修斯一克拉琅龙方程出发，建立了TINi形状记忆合金的回复力和温度的关系，可以在较大预应变条件厂使用，适合于工程应用。利用1”anaka模型以及在Tanaka模型基础上所建立的复合材料的模型，分析了TINi合金丝／AI基复合材料的热收缩应变，以及复合材料中TINi合金丝发生逆相变过程中马氏体分数与温度的关系，结果表明马氏体分数与温度之间的关系并非近似线性，而是随着预应变的小同、加热冷却过程的不同而变化的，在具体的使用时应根据不同的情况具体分析。 探索研究了水热法原位制备TINi合金表面绝缘膜，结果表明：薄膜的生长与 Ti金属元素和 O元素在 TINi合金中的扩散密切相关。薄膜的最大击穿电压可达80V。
杨素媛, 杨胜男, 沈娟, 郭丹[3]2016年在《形状记忆合金增强金属基复合材料的研究进展》文中研究说明形状记忆合金因其独特的应力自适应特性,在多功能和机敏复合材料领域被广泛应用。对TiNi形状记忆合金增强金属基复合材料的研究进展进行了概括总结,着重介绍了形状记忆合金增强金属基复合材料的制备方法、增强机理、性能及其约束态下记忆合金相变等方面的研究现状,并对其发展前景进行了展望。
杨胜男[4]2016年在《TiNi丝增强铝合金复合材料的制备及力学性能研究》文中认为本文对TiNi丝增强铝合金复合材料的制备方法、力学性能及弹靶侵彻变形机制进行研究。利用INSTRON万能试验机与霍普金森压杆(SHPB)实验技术对原始TiNi合金材料的静动态力学性能进行深入分析;采用真空热压设备对TiNi丝增强Al合金复合材料的制备工艺方法进行研究,并结合微观组织分析及力学性能测试获得最佳制备工艺参数;结合X射线衍射图谱、DSC热分析、微观组织分析及力学性能测试等技术手段,对最佳工艺参数下所制备的TiNi/Al复合材料的力学性能、微观组织以及断裂破坏机制进行系统综合分析,并对7.62mm穿甲燃烧弹冲击条件下TiNi/Al复合材料靶板的侵彻过程中的变形与断裂进行了初步探究。论文研究所取得的主要结果如下:(1)Ti Ni合金原始组织主要为B2奥氏体相,存在少量的B19’马氏体相Ti3Ni4相,相变点分别为Mf=-65.3℃、Ms=-37.1℃、As=-33.9℃、Af=-4.5℃;准静态压缩真实应力-应变曲线存在两个明显的屈服平台,准静态拉伸与动态压缩应力-应变曲线上无屈服平台出现;变形过程均发生应力诱发马氏体相变,晶粒内部均充满平行条纹状组织;Ti Ni合金原始材料室温准静态拉伸呈现准解理断裂混合微孔聚集型断裂,准静态压缩和动态压缩呈现解理断裂特征,表现出明显的脆性断裂。(2)在所研究的工艺参数范围内,随着温度的升高、保温时间的延长,复合材料界面各元素扩散越充分,界面结合越好,互扩散层越明显;当其他条件保持不变时,随着温度的升高,复合材料的屈服强度、抗拉强度明显增大;随着保温时间的延长,复合材料的准静态拉伸屈服强度、抗拉强度也呈现增大趋势,但当保温温度增加到600℃以上时,屈服强度、抗拉强度变化很小,基本保持不变;最佳工艺参数为600℃,45MPa,180min。(3)Ti Ni/Al复合材料在175~230MPa之间发生屈服,屈服强度低于原始铝合金材料,随后随着流变应力的增加,变形增大直至断裂。TiNi/Al复合材料经过准静态拉伸后,各试样均有一定的层裂。铝合金基体呈现以韧窝为主的塑性断裂特征;TiNi合金丝呈现解理断裂混合微孔聚集型断裂特征。(4)真空热压过程中TiNi合金丝析出Ti3Ni4、Ti2Ni金属间化合物。真空热压处理后,由于析出相的产生造成晶粒内部应力场的不同,TiNi合金DSC曲线上出现了多个吸热峰及放热峰,分多阶段发生相变。(5)真空热压处理会使Al合金基体强度有所降低,所制备的TiNi/Al复合材料的准静态拉伸力学性能随着TiNi合金丝体积分数的增大而增大,当TiNi丝体积分数达到14.4%时,复合材料的抗拉强度高于原始Al合金基体。(6)TiNi/Al复合材料准静态压缩和动态压缩均具有各向异性,且随着TiNi合金丝体积分数的增加,复合材料的压缩力学性能也增加。(7)在7.62mm穿甲燃烧弹冲击条件下,TiNi/Al复合材料宏观损伤表现为热塑性损伤特征,主要损伤形式为Al合金基体、TiNi合金增强体的塑性变形,界面的开裂及裂纹,未形成绝热剪切带。
朱祎国[5]2002年在《形状记忆合金及其复合材料的本构关系》文中提出智能材料的概念产生于二十世纪八十年代后期。形状记忆合金机敏复合材料一直是智能材料研究中的热点与重点之一，而形状记忆合金及其复合材料本构关系的研究是应用与发展这类机敏材料的关键基础性问题。本文从两个不同的角度建立了形状记忆合金的本构关系，并且将形状记忆合金的唯象模型应用于复合材料中，为智能复合材料材料的设计提供了有价值的参考意见。具体工作如下： 在Tanaka唯象模型中，相变的体积百分数与应力及温度之间存在指数关系，且形状记忆合金的四个特征相变温度与应力之间存在线性关系，因此，在材料为完全马氏体态时加载，Tanaka模型不可能反映形状记忆合金的马氏体重定向现象。因此，作者建立了自己的唯象模型，它仍然采用Tanaka的马氏体体积分数指数模型，应用Brinson的特征相变温度与应力之间的关系，对于不同的相变驱动采用不同的相变应变表达式，同时，将挛晶马氏体的去挛晶过程看作为相变，这样，当形状记忆合金为完全的挛晶马氏体态加载时就可以反映马氏体的重定向，进而利用等效应力的概念将一维模型推广至叁维情况，由于在相变过程中只应用了一套马氏体体积百分数的动力学方程，因此构造的模型简单实用。计算结果表明，本模型预测的应力应变曲线与实验结果吻合。 利用Dvorak等的弹塑性长纤维复合材料本构关系理论框架，推导了SMAs长纤维复合材料在应力循环变化情况下的细观本构模型，考虑了基体材料的非线性，从复合材料界面的连续条件出发，分五种情况推导了复合材料在应力循环过程中的具体本构关系表达式，并且应用该模型分析了复合材料在应力循环变化情况下的宏观力学性能。这对于智能复合材料的设计提供了有价值的参考意见。 长纤维SMAs铝基复合材料经常应用热压法、压铸法和粉末烧结法来制备，因此必须考虑复合材料在温度变化的情况下复合材料中纤维和基体的应力变化情况，这直接关系到复合材料的整体宏观性能。利用作者的形状记忆合金的唯象模型推导了SMAs长纤维复合材料在温度循环变化情况下的细观本构模型，计算了基体及纤维中残余应力的变化，得出了定量的结论。这为 Abstr8Ct智能复合材料的制各提供了参考意见。 应用形状记忆合金相变过程中的热力学原理构造了细观多变体本构模型。不同晶粒间的相互作用通过Eshelby伽ner方法来表示，考虑到形状记忆合金在相变过程中位错的增殖、吞并而引起塑性应变，将塑性应变作为材料在相变过程中耗散内变量，将其引入到材料相变过程中耗散能和自由余能的表达式中来表示材料在相变过程中的能量耗散及能量驱动。因此，在材料的变形过程中，当不发生相变及涎相变时，塑性应变不发生任何变化。并以理想两变体情况进行了数值计算，得到的结果完全模拟了形状记忆合金的形状记忆效应及相变伪弹性。
贺志荣, 周敬恩[6]2002年在《约束态TiNi形状记忆合金丝可逆形状响应应变和响应力的分析模型》文中认为建立了TiNi形状记忆合金（SAM）主导的金属基或聚合物基智能复合材料中TiNi丝形状响应应变和响应力的分析模型,并进行了计算分析和实验考察,计算和实验结果符合良好.结果表明,当基体预定曲率km一定时,随TiNi SMA丝数量n增加,智能复合材料的形状响应应变ε和响应力F增加,形状回复率ρ减小;随基体宽度b增加,ε和F皆减小,而ρ则增加.当b一定时,随n增加,ε和F皆增加;随km增加,F增加,ε则基本保持不变.因此,设计该类智能复合材料时应综合考虑增强材料数量、基体尺寸及其预变形量等因素.
杨明理[7]2008年在《形状记忆合金对混凝土的环向驱动研究》文中研究说明本文主要以SMA(形状记忆合金Shape Memory Alloy)的形状记忆效应为基础,基于形状记忆合金的形状记忆效应和混凝土的轴向抗压强度随另外两向应力的增加而增加的原理,研究一种新型混凝土环向驱动构件,即SMA智能混凝土,从而提出一种新型的预应力施加方式——环向预应力,使混凝土柱在无损伤时就达到叁向受压的理想工作状态。并提出新型混凝土环向驱动构件在应用推广之前必须解决的问题以及研究方向。为了研究形状记忆合金对混凝土环向驱动研究,在理论分析的基础上,通过对国内外有关SMA文献资料的研究,了解了有关SMA的各种特性﹑工程意义及目前国内外SMA的研究现状。为下一步试验的顺利实施,进行了形状记忆效应﹑相变点和回复力大小的测定,并对合金丝采取冷拉还是冷拔进行了比较。把混凝土结构在100℃烘干后,对素混凝土柱﹑合金丝没有预应变和合金丝有预应变混凝土柱进行了轴压试验研究。经过分析和试验,得出了形状记忆合金丝在有预应变﹑没有预应变和无环向约束叁种情况下混凝土柱的承载力和变形变化规律。通过对混凝土试件的抗压强度试验,分析了叁种不同混凝土结构的荷载-应变曲线。试验结果表明:形状记忆合金对混凝土的环向驱动,不仅对裂缝有了很好的抑制作用,而且间接提高了混凝土的抗压强度,与理论分析基本吻合。
胡杰[8]2014年在《TiNi_f/Al复合材料的界面结构与力学性能研究》文中进行了进一步梳理飞行器飞行速度的不断提高给飞行器的外部结构带来强烈的气动加热问题,对结构材料提出了高温下刚度不降低的要求。本文致力于设计并制备一种在一定温度范围内弹性模量保持不变的恒弹性轻质复合材料。选择叁种Ti Ni合金丝(Ti Ni50、Ti Ni50.3和Ti Ni50.6)作为增强体,轻质Al合金(1060Al)作为基体。采用压力浸渗法制备了Ti Nif/Al复合材料。利用万能试验机和动态热机械分析仪分析了复合材料的静态拉伸性能、动态力学性能和阻尼性能;利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜详细分析了复合材料的界面显微结构、复合材料的断口形貌和微观组织变化;结合Ti Ni合金丝在Al基体约束条件下的相变行为,讨论了Ti Ni合金的相变行为对复合材料恒弹性性能和阻尼性能的影响。通过调整Ti Ni合金表面氧化层的厚度和成分对复合材料的界面反应进行抑制。Ti Ni合金丝在400℃、500℃和600℃温度下氧化后的表面氧化产物主要为Ti O2。将Ti Ni合金丝在600℃温度下氧化1h,合金表面的氧化膜即可以有效阻止合金与Al基体之间的严重界面反应。体积分数为20%时,压力浸渗制备的Ti Ni50.3f/Al复合材料拉伸强度为268MPa,与理论强度非常接近。扫描电镜和透射电镜的分析结果表明,Ti Nif/Al复合材料为多层界面结构。由Al基体向Ti Ni合金方向依次为含Ti O2和Ti颗粒的Ti-Al化合物层、Ti Ni3层和B2奥氏体Ti Ni层。在Ti-Al氧化物层和Ti Ni3层之间存在不连续的Ni5Ti O7相。Ni5Ti O7与Ti Al3之间存在位相关系[100]Ti Al3//[794]Ni5Ti O7,(002)Ti Al3//(114)Ni5Ti O7;同时与Ni Ti2之间存在位相关系[210]Ni Ti2//[423]Ni5Ti O7,(240)Ni Ti2//(1 12)Ni5Ti O7。Ti Nif/Al复合材料的室温拉伸变形过程出现二次屈服现象,分析结果表明其应力应变过程表现为两种不同的机制:其中,Ti Ni50f/Al和Ti Ni50.3f/Al的第一次屈服平台对应Ti Ni50和Ti Ni50.3合金的应力诱发马氏体再取向;而Ti Ni50.6f/Al的第一次屈服平台对应Ti Ni50.6合金的应力诱发马氏体相变。随着Ti Ni合金丝体积分数的增加,复合材料的拉伸强度不断增大;随着温度升高,不同体积分数复合材料的拉伸强度不断下降。不同温度下Ti Nif/Al复合材料的拉伸断裂方式均为塑性断裂。复合材料的恒弹性性能与Ti Ni合金的相变密切相关。Ti Ni合金相变前,不同温度复合材料的储能模量相对值符合混合定律;Ti Ni合金相变后,不同温度复合材料的储能模量相对值取决于Ti Ni合金中马氏体和奥氏体的相对含量。体积分数为50%时,Ti Ni50f/Al、Ti Ni50.3f/Al和Ti Ni50.6f/Al叁种复合材料分别在130℃到300℃、110℃到300℃以及30℃到300℃温度范围内可以保持恒弹性。DSC分析结果发现时效和变形引起复合材料内部Ti Ni合金的相变行为发生变化。时效后Ti3Ni4相的析出引起约束态Ti Ni50.6合金的马氏体逆相变和R相变的特征温度上升;同时抑制马氏体相变。时效初期,合金晶粒内部和晶界处Ti3Ni4相的不均匀分布,导致合金升温和降温时的相变过程中出现叁个相变峰。拉伸变形增加约束态Ti Ni50和Ti Ni50.3合金马氏体的稳定性,从而引起合金相变温度的改变。拉伸应变量大于4%时,约束态Ti Ni50.6合金内部部分应力诱发的马氏体发生再取向,稳定性增加,从而在合金升温时出现两个相变峰。应变变化引起复合材料内部的可动位错密度发生变化,从而影响Ti Nif/Al复合材料的储能模量和阻尼性能。高应变时,复合材料内部的可动位错密度增加,复合材料的储能模量相对值快速下降,同时复合材料的阻尼性能快速增加。而频率对复合材料的储能模量和阻尼性能的影响则与复合材料内部的晶界驰豫有关。拉伸变形后,复合材料的储能模量相对值随应变的变化趋势基本不变;由于Ti Ni合金的形状记忆效应在复合材料内部产生的压应力,复合材料的阻尼峰值明显提高。
郑雁军, 崔立山, 李岩[9]2004年在《TiNi及TiNiCu形状记忆合金的回复力特征》文中研究指明研究了TiNi二元与TiNiCu叁元形状记忆合金的回复力特征,并通过示差扫描量热分析研究了合金的热弹性马氏体相变特征。结果表明:二元与叁元合金在一定温度范围内的最大回复力随着预应变的增大而升高,但是当预应变达到或超过其最大可恢复变形极限时最大回复力反而减小。对于TiNi合金,回复力随温度增长的速率随着预应变的增加而增加,而TiNiCu合金的回复力随温度增长的速率随着预应变的增加而减小。通过对克劳修斯 克拉珀龙方程进行修正,分析了回复力和相变之间的关系。结果表明:TiNi二元合金的冷变形应变越大,相变温度区间越小,其回复力随温度增长的速率就越大;TiNi叁元合金的冷变形越大,相变温度区间越大,其回复力随温度增长的速率就越小。
参考文献：
[1]. 机敏复合材料中TiNi形状记忆合金约束态相变研究[D]. 李岩. 大连理工大学. 2001
[2]. TiNi形状记忆合金丝/AI基复合材料中TiNi合金约束态相变的研究[D]. 郑雁军. 大连理工大学. 2000
[3]. 形状记忆合金增强金属基复合材料的研究进展[J]. 杨素媛, 杨胜男, 沈娟, 郭丹. 金属功能材料. 2016
[4]. TiNi丝增强铝合金复合材料的制备及力学性能研究[D]. 杨胜男. 北京理工大学. 2016
[5]. 形状记忆合金及其复合材料的本构关系[D]. 朱祎国. 大连理工大学. 2002
[6]. 约束态TiNi形状记忆合金丝可逆形状响应应变和响应力的分析模型[J]. 贺志荣, 周敬恩. 金属学报. 2002
[7]. 形状记忆合金对混凝土的环向驱动研究[D]. 杨明理. 重庆交通大学. 2008
[8]. TiNi_f/Al复合材料的界面结构与力学性能研究[D]. 胡杰. 哈尔滨工业大学. 2014
[9]. TiNi及TiNiCu形状记忆合金的回复力特征[J]. 郑雁军, 崔立山, 李岩. 中国有色金属学报. 2004
标签：材料科学论文; 形状记忆合金论文; 复合材料论文; 马氏体论文; 相变材料论文; 应力应变曲线论文; 应力状态论文; 剪切应变论文; 应变速率论文; ni论文; dsc论文;