《形狀記憶合金的高阻尼機理研究》是依託上海交通大學，由范根蓮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：形狀記憶合金的高阻尼機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：范根蓮
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
形狀記憶合金中出現的弛豫型內耗峰是一種具有巨大套用潛力的高阻尼源，其產生的內在機理長期處於爭議之中。本項目通過氣氛處理等方法來調控改變材料缺陷狀態，系統研究晶格常數、馬氏體相結構、缺陷濃度、振幅等因素對Ti-Ni基合金和Ti-Pd基合金的弛豫行為的影響，以及弛豫峰峰溫隨Ti-Ni-Pd體系的Pd含量增加的變化規律，以期建立弛豫過程的物理模型，找出影響弛豫峰強度和溫度的關鍵因素，為今後開發高阻尼合金提供理論及設計依據。
結題摘要
為了深入認識形狀記憶合金中出現高阻尼弛豫峰的內在機理，本項目以Ti-Ni，Ti-Ni-Fe，Ti-Ni-Cu,Ti-Ni-Pd等體系為研究對象，對氫含量、振幅、馬氏體類型、外場等因素對弛豫行為的影響規律開展了系統研究。研究結果表明，在一定範圍內，形狀記憶合金中的弛豫型內耗峰隨著氫含量的增加而增高；測量振幅主要影響馬氏體疇壁運動所產生的背底內耗，弛豫峰本身對振幅不敏感。弛豫峰在不同的合金體系出現的溫度略有區別，很可能與母相的晶格常數有關係，晶格常數越大，氫原子躍遷所需的激活能越大，使得疇壁和氫的互動作用產生的弛豫峰的溫度越高。本項目首次嘗試了在靜力拉伸條件下測試了樣品的阻尼性能，發現靜力場的存在對馬氏體狀態下的阻尼有很大影響，主要是外場改變了馬氏體的疇壁密度，外場越大，疇壁密度越小，參與點缺陷和疇壁互動作用的阻尼源越少，阻尼值越小。因此，形狀記憶合金中出現的弛豫峰的內在機理可以歸結為疇壁運動誘發的氫原子在疇壁附近躍遷所產生的弛豫型內耗，其激活能由氫原子在不同體系的躍遷所需要的激活能所決定。研究還發現Ti-Ni-Fe等材料中存在的氫，不僅是產生弛豫峰的必要因素，還對馬氏體相變溫度、相變焓、屈服行為有影響。氫的存在能有效抑制馬氏體相變，降低轉變溫度，減少相變焓，在拉伸曲線上出現明顯的屈服現象。類似的點缺陷和疇壁的互動作用在鈦酸鋇等鐵電材料和鎳等鐵磁材料中也有出現，初步的研究結果表明鈦酸鋇鐵電相中出現的弛豫峰很可能與氫有關，而在鐵磁材料中引入一定的點缺陷如氧原子後不僅內耗值大幅度提高，在居里點附近還出現了明顯的軟模現象。此外，本項目還探索了鈦酸鋇增強鋁基複合材料的製備和阻尼性能，發現加入大顆粒鈦酸鋇顆粒後複合材料的阻尼性能並沒有提高，主要歸因於鈦酸鋇顆粒與鋁之間缺乏有效的界面結合，導致外載入荷無法傳遞到顆粒，即鈦酸鋇的本徵阻尼，即由疇壁和點缺陷互動作用的阻尼機制無法啟動。進一步探索發現納米尺寸的顆粒加入鋁中能帶來更好的阻尼效果，主要是納米顆粒與基體之間的界面附近的位錯密度增加，導致阻尼性能提高。本項目探索了納米氧化鋁和納米碳管增強鋁基複合材料的製備方法、力學性能和阻尼性能，初步研究結果表明鋁中加入納米增強體可以獲得高強度、高剛度、高阻尼的結構功能一體化複合材料，此類新型材料有望在交通運輸、航天航空領域得到套用。
