NiTi形状记忆合金丝增强镁锂合金复合材料研究

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自从上个世纪八十年代末提出了智能材料系统的概念,智能材料就受到了科研工作者的密切关注。经过二十多年的发展,智能材料的研究取得重大突破,已经形成了一个横跨多学科、多方面极具发展前景的研究领域。作为智能材料系统中最重要的组元之一——形状记忆合金(SMAs),引起了科研工作者的浓厚兴趣。SMAs具有感知和驱动两种特殊的功能,不仅能够用于传感器中来感知特定环境中的磁场,温度,应力等,还可以作为增强体与其他材料(如高分子,金属材料)复合,起到增强和改善该类材料力学性能的目的。SMAs增强金属基复合材料的研究较晚,作为形状记忆合金中性能最优异的NiTi合金更是人们最常使用的增强材料。目前国内外对NiTi形状记忆合金增强铝基复合材料研究较多,而对增强镁合金基体研究极少,相比于铝基复合材料,镁基复合材料具有更低的密度和更高比强度、比刚度以及良好的阻尼性能和电磁屏蔽功能而成为航空航天极具发展前景的材料。NiTi形状记忆合金丝增强镁锂合金复合材料是利用SMAs丝的形状记忆效应来达到增强镁合金基体的强度,同时改善其高温性能的目的。因此,研究NiTi SMA丝增强镁锂合金复合材料具有重要意义。本论文主要针对NiTi丝增强镁锂合金复合材料制备工艺展开了研究,并做了以下几方面的工作:1.探索了两种复合材料NiTi SMA丝/Mg-9Li、NiTi SMA丝/Mg-11Li的真空热压法制备工艺。并采用SEM、EDS、XRD分析了不同制备工艺下复合材料的显微组织。同时结合复合材料中NiTi丝的DSC分析,确定了合适的复合材料制备工艺。NiTi SMA丝/Mg-9Li复合材料为压力8MPa,温度530℃-560℃,时间45min-60min; NiTi SMA丝/Mg-11Li复合材料为压力8MPa,510℃保温30min-60min。2.对真空热压法制备的NiTi SMA丝/Mg-9Li、NiTi SMA丝/Mg-11Li两种复合材料进行常温拉伸性能测试。实验结果表明NiTi SMA丝对镁锂合金起到增强的作用,并且随着NiTi丝体积分数的增加,复合材料的拉伸强度显著增大。另外,实验中还发现,真空热压温度对复合材料拉伸强度影响很大,较高的反应温度下所制备的复合材料拉伸强度更高,而反应时间对复合材料的性能影响不显著。3.采用复合材料混合定律公式对复合材料的强度进行了计算,计算结果表明,制备的复合材料拉伸性能均低于理论计算值,真空热压温度越高,其拉伸强度越接近于理论计算值。4.针对传统真空热压法制备复合材料成本高、时间长等缺点,本实验创新性的提出了采用油压机施加高压力315t,600℃大不锈钢板作为热源,成功制备出NiTi SMA丝/Mg-9Li、NiTi SMA丝/Mg-11Li两种复合材料。采用SEM、EDS、XRD等手段对非真空热压法制备的复合材料进行分析,表明NiTi丝与镁锂合金结合良好,界面层发生原子扩散。对复合材料中的NiTi丝进行DSC测试,表明NiTi丝相变点稍微向右移动;对复合材料进行常温拉伸性能测试,测试结果表明NiTi丝对两种不同的镁锂合金基体都起到了增强作用,实现了与真空热压法制备该复合材料同样的效果。
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