1、学 号 2009104118 密 级 哈尔滨工程大学本科生毕业论文NiTi 形状记忆合金丝增强 Mg-11Li 合金复合材料研究院（系）名称：材料科学与化学工程学院专业名称：材料科学与工程学生姓名：张祺指导教师：张密林 教授哈尔滨工程大学2013 年 6 月哈尔滨工程大学本科生毕业论文NiTi形状记忆合金丝增强Mg-11Li合金复合材料研究张祺哈尔滨工程大学学 号 2009104118 密 级 NiTi 形状记忆合金丝增强 Mg-11Li 合金复合材料研究Study on magnesium-11lithium alloy matrixcomposite reinforced with TiN
2、i shape memory fiber学 生 姓 名 ：张祺所 在 学 院 ：材料科学与化学工程学院所 在 专 业 ：材料科学与工程指 导 教 师 ：张密林职 称：教授所 在 单 位 ：哈尔滨工程大学论 文 提 交 日 期 ：2013 年 6 月论 文 答 辩 日 期 ：2013 年 6 月学 位 授 予 单 位 ：哈尔滨工程大学NiTi 形状记忆合金丝增强 Mg-11Li 合金复合材料研究摘 要镁锂合金具有超轻特性以及较高的比强度和比刚度，是宇航、兵器行业中不可或缺的轻质结构材料。近年来镁锂合金的运用越来越广泛，已经逐渐扩展到汽车、电子以及民用等领域。但是，由于镁锂合金自身存在强度低的问题
3、，限制了其进一步的发展。为了拓展镁锂合金的应用领域，提高镁锂合金的综合性能，本研究采用高强度、高耐热性的 NiTi 形状记忆纤维增强 Mg-11Li 合金，使镁锂合金复合材料具有较高的强度的同时仍然具备其超轻的优异特性。目前，人们对 NiTi 纤维增强镁锂合金的研究较少，因此本研究的创新性实验设计为镁锂合金复合材料的进一步发展提供了一定的实践经验。本课题采用真空热压法制备 NiTi 形状记忆纤维增强 Mg-11Li 合金复合材料，通过设置不同的加热温度、保温时间、纤维体积分数制备出不同工艺参数下的复合材料试样。通过金相、SEM 、能谱、 XRD、DSC 对各试样进行系统的研究，得出加热温度、保
4、温时间对 NiTi 形状记忆纤维增强 Mg-11Li 合金复合材料的界面显微组织形貌和成分的影响规律。最后还探究不同加热温度、保温时间、纤维体积分数对复合材料力学性能和断口形貌的影响。结果表明：温度是影响复合材料界面结合最关键的因素，温度越高，界面结合越好。保温时间影响着界面的扩散程度，但是对复合材料的力学性能影响不大。其中，在 510保温 1h基体和纤维形成了粘接良好的界面，结合致密，没有孔洞和缝隙，其拉伸强度可达195MPa，比镁锂合金基体高了 50MPa。NiTi 纤维体积分数越高，复合材料强度越高，其中体积分数为 11.2%的复合材料强度可达 222MPa。目前研究内容中还没有单独对
5、NiTi 形状记忆合金增强 Mg-11Li 合金复合材料的界面结合力进行检测分析。再则，镁锂合金的耐腐蚀性差，其表面应该进行一些必要的处理才可能真正得到广泛的运用。后续的实验中，我们将对该复合材料的研究方案进行改进，在提高复合界面结合强度的同时，通过表面处理改善复合材料的耐蚀性能。关键词：真空热压法；镁锂合金复合材料；NiTi 形状记忆纤维；拉伸强度哈尔滨工程大学本科生毕业论文NiTi 形状记忆合金丝增强 Mg-11Li 合金复合材料研究ABSTRACTMg-Li alloy has ultralight properties, high specific strength and speci
6、fic stiffness, which makes it to be the indispensable lightweight structural materials in aerospace and weapons industry. In recent years, the use of Mg-Li alloy is more widely than before, and the Mg-Li alloy has been gradually extended its field to the automotive, electronics and other civilian ar
7、eas. However, due to the Mg-Li alloy itself presents the problem of low intensity , limiting its further development. In order to expand the field of application of Mg-Li alloy and improve the integrated performance at the same time, so NiTi shape memory alloy fiber with high strength, high heat res
8、istance is made to reinforce Mg-11Li alloy, which makes Mg-Li alloy composite materials acquire high strength while still maintain such excellent properties of ultralight properties. Currently, the study of Mg-Li alloy reinforced by NiTi fibers is rare，so this study with innovative experimental desi
9、gn offers some practical experience for the further development of Mg-Li alloy composite materials.Mg-11Li alloy matrix composite materials reinforced by NiTi shape memory alloy fiber through vacuum hot pressing is in this topic. The different process parameters set to fabricate composite specimens
10、is prepared by means of setting different heating temperature, holding time, fiber volume fraction. In the systematic study of each sample investigated by OM , SEM, EDS , XRD, DSC ,we obtain the regulation of the heating temperature, holding time to impact interfacial microstructure morphology and c
11、omposition of Mg-Li alloy matrix composite reinforced with NiTi fiber. Finally, we also explore the influence of different heating temperature, holding time, fiber volume fraction work to mechanical properties and fracture morphology of composite materials. The results show as follows:Temperature is
12、 the most critical factor to influence the interface bonding, and the higher the temperature is, the better the interfacial bonding is. Holding time affects the degree of diffusion of the interface, but making little effect on the mechanical properties of the composites. Among them, a good interfaci
13、al adhesion formed between matrix and fiber at the temperature of 510 for 1 hour, which was binding tight, having no holes and cracks either, and the tensile strength of the composites up to be 195MPa,which 50MPa higher than the single Mg-Li alloy matrix. The higher NiTi fiber volume fraction is, th
14、e higher strength of the composites materials are. In addition, the NiTi volume fraction of 11.2 percent makes the 哈尔滨工程大学本科生毕业论文strength of composite materials up to be 222MPa.Current research is also no single right detection and analysts for the interfacial adhesion strength of NiTi SMA fiber rei
15、nforced Mg-Li alloy matrix composite. Furthermore, the corrosion resistance of Mg-Li alloy is poor, the surface should receive some necessary superficial treatment to make sure that the composite is really widely used. In subsequent experiments, we will mend the research approach for fabricating the
16、 composite. We desire improve the bonding strength of the composites, while ameliorate the corrosion resistance of composite materials through surface treatment.Key words：Vacuum hot pressing; Mg-Li alloy matrix composite; NiTi shape memory fiber; Tensile strengthNiTi 形状记忆合金丝增强 Mg-11Li 合金复合材料研究目 录摘 要
17、 .IABSTRACT.II第 1 章 绪论 .11.1 镁锂超轻合金概述 .11.1.1 镁锂超轻合金发展历程 11.1.2 镁锂超轻合金的特点 21.1.3 镁锂超轻合金复合材料的制造方法 21.1.4 镁锂超轻合金的应用 51.2 NiTi 形状记忆合金概述 .61.2.1 NiTi 形状记忆合金相关概念 61.2.2 NiTi 形状记忆合金的性能 71.2.3 形状记忆效应 81.2.4 医用 NiTi 形状记忆合金 91.3 课题理论依据 .101.4 NiTi 形状记忆合金丝增强 Mg-11Li 合金复合材料设计思路 .121.5 国内外研究现状 .121.6 研究目的及主要研究内
18、容 .141.6.1 研究目的 141.6.2 研究内容 14第 2 章 实验材料与方法 .152.1 实验材料及药品 .152.2 实验仪器 .172.2.1 真空热压炉 172.2.2 X 射线衍射仪 172.2.3 扫描电子 显微镜 182.2.4 示差扫描量热仪 192.2.5 电子万能拉伸 试验机 202.3 复合材料的制备过程 .202.3.1 原材料的预处理 20哈尔滨工程大学本科生毕业论文2.3.2 预制件的 制备 212.3.3 真空热压工艺 过程 212.4 样品制备 .232.4.1 金相（扫描电镜）试样的制备 232.4.2 DSC 样品制备 232.4.3 拉伸试样的
19、制备 24第 3 章 NiTi/Mg-11Li 合金复合材料制备及界面研究 .253.1 引言 .253.2 NiTi 形状记忆纤维增强 Mg-11Li 合金复合材料的显微组织分析 .263.2.1 NiTi/Mg-11Li 复合材料界面金相组织分析 263.2.2 NiTi/Mg-11Li 复合材料界面扫描电子显微分析 283.3 NiTi 形状记忆纤维增强 Mg-11Li 合金复合材料界面能谱分析 .323.4 NiTi 形状记忆纤维增强 Mg-11Li 合金复合材料 X 射线衍射分析 .343.5 NiTi 形状记忆纤维的示差扫描热分析(DSC) .363.6 本章小结 .37第 4 章 力学性能测试和断口分析 .394.1 不同工艺下的拉伸性能测试 .394.2 复合材料强度计算 .414.3 复合材料断口形貌分析 .434.4 本章小结 .44结 论 .47参考文献 .49致 谢 .52
