形狀記憶合金強雷射衝擊變形機理及表面改性研究

《形狀記憶合金強雷射衝擊變形機理及表面改性研究》是依託中國科學院力學研究所，由王曦擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：形狀記憶合金強雷射衝擊變形機理及表面改性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王曦
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

現有的形狀記憶合金表面改性技術往往會導致改性層和基體材料的熱-力學性能在服役條件下不匹配的問題。本項目針對鎳鈦(NiTi)形狀記憶合金開展雷射衝擊強化研究。通過試驗研究NiTi合金在雷射衝擊作用下的相變行為、塑性變形行為等動力學行為，結合多物理場耦合數值模擬研究，探索合理的工藝條件，建立殘餘應力大小、形狀記憶能力、靶材表面後續處理能力之間綜合效果的最佳化；使得改性層在獲得耐磨、耐腐蝕特性的同時，還能和基體材料的形狀記憶效應和超彈性等熱-力學性能在一定範圍內匹配，從而防止表面裂紋的萌生和擴展。研究成果不僅可以為雷射與物質相互作用這一力學學科前沿課題增加新的內涵，還有可能為形狀記憶合金材料的增強和延壽提供新的方法。

結題摘要

本項目研究了形狀記憶合金在強雷射衝擊載荷作用下的變形機理及表面改性。主要研究內容包括三個方面：其一是研究形狀記憶合金在短脈衝強雷射誘導衝擊波作用下的宏微觀變形機制，實驗獲得了典型形狀記憶合金（鎳鈦合金）在強雷射衝擊條件下的變形特徵，利用XRD和透射電鏡等微結構表征手段揭示了材料在瞬時高壓作用下的微結構演化，同時採用PDV系統測量得到了介質內衝擊波的傳播規律；其二是從材料硬度和超彈性性能方面表征了雷射衝擊處理後形狀記憶合金材料的表面改性效果，發現雷射衝擊作用能夠有效提高材料的表面硬度，但仍然能夠保留表面層的形狀記憶性能；最後根據強雷射與物質相互作用的物理機制，採用量綱分析和數值模擬相結合的方法，得到了衝擊波壓力特徵以及最終強化效果的幾何相似律和相似參數，並分析了相似參數對衝擊強化效果的影響，為雷射衝擊強化效果的評估和工藝參數的最佳化設計提供了一種有效的分析方法。通過上述三個方面的研究內容，獲得了強雷射衝擊下形狀記憶合金材料的塑性變形與強化機理。研究成果為強雷射與物質相互作用這一力學前沿課題增添了新的內涵，同時為形狀記憶合金材料的增強和延壽改性方法提供了基礎支撐。本項目至今共發表SCI學術論文7篇，EI學術論文3篇。項目培養了2名碩士研究生。