纖維增強Ti-Al金屬-金屬間化合物層狀復合材料的特殊結(jié)構(gòu)使其具有一系列的性能特點,如材料的各向異性,以及幾何與物理非線性等,因此在研究、制造和應用過程中面臨許多重要和復雜的性能問題。本文針對NiTi纖維增強Ti-Al金屬-金屬間化合物層狀復合材料(SMAFR MIL復合材料)性能的各向異性問題,通過改變纖維鋪設(shè)角設(shè)計出了正交NiTi纖維增強Ti-Al金屬-金屬間化合物層狀復合材料(正交SMAFR MIL復合材料)的新結(jié)構(gòu),同時制備出了單向NiTi纖維增強Ti-Al金屬-金屬間化合物層狀復合材料(單向SMAFR MIL復合材料)進行性能比較;主要研究了單向SMAFR MIL復合材料和正交SMAFR MIL復合材料的制備工藝和反應機理,重點研究了NiTi纖維鋪排方式對SMAFR MIL復合材料力學性能和阻尼性能的影響,并揭示了NiTi纖維鋪排方式在SMAFR MIL復合材料中的作用機理。研究結(jié)果表明:(1)無論初始單元結(jié)構(gòu)為“Ti-NiTi-Al-Ti”還是“Ti-Al-NiTi-Al-Ti”疊層,經(jīng)過熱壓燒結(jié)后NiTi纖維均是均勻地分布在金屬間化合物層中心,且在金屬間化合物層中形成由NiTi纖維、Al_3Ti單相區(qū)和兩相混合區(qū)構(gòu)成的“block單元”。通過HSC 6.0軟件對Al_3Ni相和Al_3Ti相形成自由能計算和實驗驗證發(fā)現(xiàn),Al_3Ni相優(yōu)先于Al_3Ti相形成,兩者交替形成兩相混合區(qū)獨特的片層結(jié)構(gòu),并在兩相區(qū)周圍形成單相區(qū)。(2)對不同相體積分數(shù)SMAFR MIL復合材料的密度和彈性模量進行測量,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)SMAFR MIL復合材料的密度為3.8~4.1g/cm~3,彈性模量為140~165Gpa。對SMAFR MIL復合材料的顯微硬度測試發(fā)現(xiàn),垂直于層向的顯微硬度呈周期性規(guī)律分布。(3)通過對單向SMAFR MIL復合材料和正交SMAFR MIL復合材料進行拉伸、壓縮和三點彎曲測試及斷口形貌分析表明,當材料受拉應力時,材料中界面對拉伸性能起到重要的作用,由于正交SMAFR MIL復合材料中與拉應力垂直的界面對材料的拉伸性能起到弱化的影響,因此正交SMAFR MIL復合材料的抗拉強度低于單向SMAFR MIL復合材料。在壓應力狀態(tài)下,正交NiTi纖維鋪排方式在裂紋擴展過程中起到止裂作用,使得正交SMAFR MIL復合材料的抗壓性能優(yōu)于單向SMAFR MIL復合材料。通過斷裂能量計算,在彎曲應力狀態(tài)下NiTi纖維的塑性變形和斷裂對材料的斷裂韌性起到重要的貢獻,而正交NiTi纖維鋪排方式所引起的部分層纖維僅發(fā)生脫粘過程使正交SMAFR MIL復合材料的韌性低于單向SMAFR MIL復合材料。(4)通過對單向和正交SMAFR MIL復合材料的阻尼性能分析發(fā)現(xiàn),經(jīng)過熱壓燒結(jié)后,NiTi纖維失去了其某些阻尼特性,但其偽彈性的存在仍然使NiTi纖維表現(xiàn)出良好的阻尼特性,因此SMAFR MIL復合材料中NiTi纖維的固有阻尼和界面阻尼對復合材料的阻尼性能起到主導作用。正交SMAFR MIL復合材料的界面數(shù)和NiTi纖維的數(shù)量較單向SMAFR MIL復合材料的多,因而表現(xiàn)出較高的阻尼性能。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

圖 1.1 Ti-Al 二元相圖表 1.1 金屬間化合物基本結(jié)構(gòu)和部分性能間化合物 Ti3Al TiAl Al3報告符號 D019L10D0/g 4.1~4.7 3.8~4.0 3.4~點/K 1933 1753 16度/HV 260~380 240~260 660~強度/MPa 800~1140 450~700 120~模量/GPa 120~145 160~176 21/燃燒抗力 差 差 良延性/% 2~7 1~4 1~表 1.1 結(jié)果，Ti-Al 系金屬間化合物 Al3Ti 較其他兩種化合物具有較模量明顯優(yōu)于 Ti3Al 和 TiAl 金屬間化合物，具有良好的抗氧化能力，合物被作為一種具有很大發(fā)展?jié)摿Φ母邷亟Y(jié)構(gòu)材料。但由于 Al3Ti 晶素的影響，比如化學鍵的方向性，有害雜質(zhì)原子的作用都會大大降低

哈爾濱工程大學碩士學位論文性金屬復合以達到改善 Al3Ti 的室溫塑性，并取得了一定的研究成系金屬間化合物憑借其優(yōu)良的高溫結(jié)構(gòu)強度、抗氧化性、低密度在航空航天材料領(lǐng)域中表現(xiàn)出可觀的發(fā)展前景，成為新一代高溫一，因而被作為高推重比飛機發(fā)動機和低壓渦輪葉片的首選結(jié)構(gòu)先后在 Ti-Al 系金屬間化合物向先進航空發(fā)動機上的應用方面取用先進的工藝方法，研制出發(fā)動機葉片等零部件。據(jù)分析，未來 金屬間化合物渦輪葉片的需求量將越來越大，并將代替目前發(fā)動金葉片。NASA 報告指出，到 2020 年 Ti-Al 系金屬間化合物及其發(fā)動機中的應用中將占有大約五分之一的份額[18]。因此，對 Ti-復合材料的研發(fā)在未來工業(yè)領(lǐng)域具有著十分重要的生產(chǎn)實踐意義l 系金屬間化合物

作為一種增強體，在與基體材料復合時要求與基體能夠形成一個良好體的物理和化學相容性好，載荷承載能力強等。因此選擇一個合適的的性能、與基體的潤濕性、以及復合材料應用情況等多方面綜合考慮維都可以被用來作為增強體。目前，代表性的纖維增強體有 C 纖維、7, 38]、SiC 纖維[39, 40]及 NiTi 纖維[41]等。這些纖維的加入可以通過對基微組織，如晶粒尺寸及材料密度等的改變，來改善基體材料性能上團隊[37]和 Han[38]等人均制備了 Al2O3纖維增強 Ti-Al3Ti 基層狀復合材料們研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CCFR-MIL 復合材料在壓縮和拉伸條件下的強度和 Al2O3纖維增強 Ti-Al3Ti 基層狀復合材料。Yu 等人[39]通過真空熱壓燒維增強 Ti-金屬間化合物基層狀復合材料，發(fā)現(xiàn)復合材料中由于裂紋路徑明顯增加，同時裂紋在擴展過程中出現(xiàn)裂紋鈍化的現(xiàn)象。由此可屬-金屬間化合物層狀復合材料中具有明顯的增強增韌作用，對于纖間化合物層狀復合材料的發(fā)展起到積極的影響。
【參考文獻】

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本文編號：2874033