（NiTi+SiC）_70复合材料制备与力学性能研究.pdf

哈尔滨工业大学硕士学位论文

摘要

铝基复合材料因具有高强度、硬度及高比模量等优异的性能，已广泛应用

于航空航天、交通运输和电子机械等领域。随着科技的发展，对铝基复合材料

的性能要求也不断提高。NiTi合金因其良好的形状记忆效应和超弹性被广泛应

用于铝基复合材料，为了进一步提高NiTi合金增强铝基复合材料的力学性能，

本论文在基体中添加SiC颗粒，通过混杂增强效应来提高复合材料的强度和塑

性，制备了NiTi颗粒与SiC颗粒混杂增强铝基复合材料。

本文通过粉末冶金法结合热挤压工艺制备了(NiTi+SiC)/Al混杂增强复合

材料。研究过程控制剂含量和球磨转速及球磨时间对复合粉末形态的影响，并

通过研究球磨转速和球磨时间对复合粉末形貌的影响，得到最佳的过程控制剂

含量为0.5wt.%，以及最佳的球磨参数300rpm-15h，实现了球磨工艺的优化。

通过放电等离子烧结得到复合材料的坯料，对烧结态的复合材料进行热挤压变

形，实现了增强相在基体中的均匀分散，研究了NiTi含量和SiC尺寸对复合材

料的组织和力学性能的影响。通过固溶和时效处理对复合材料的组织和性能进

行调控，研究热处理后组织和性能的变化。

采用高能球磨工艺制备了(NiTi+SiC)-Al复合粉末，在300rpm-15h的球磨

参数下制备了增强相均匀分布的复合粉末。放电等离子烧结的复合材料组织致

密，界面结合紧密，且没有明显的界面反应层。通过热挤压变形复合材料实现

进一步致密化，基体中的孔洞缺陷得到有效消除，材料在热挤压变形后，增强

相沿挤压方向呈流线形分布，NiTi颗粒与铝基体之间形成了明显的界面层，并

SiC

且在界面处析出了第二相，与基体界面结合紧密。热挤压后的材料晶粒显

著细化，沿挤压方向没有被拉长，大部分呈现等轴纳米晶的形态，晶界和晶内

出现了较多的高密度位错。

增强相的加入提高了复合材料的力学性能，10.0%NiTi+3.0%SiC(1.5μm)/

7075Al复合材料具有最高的屈服强度和抗压强度，分别达到了681.0MPa和

965.2MPa，与7075Al对照组相比，屈服强度和抗压强度分别提高了168%和

36.8%。复合材料的拉伸应力应变曲线出现了三个变形阶段，分别是：弹性变

形阶段、屈服阶段、滑移变形阶段，在屈服阶段NiTi合金发生发生了应力诱导

马氏体相变，从而提高了复合材料的力学性能。其中，成分为

5.0%NiTi+3.0%SiC(60nm)/7075Al的复合材料具有最高的断裂应变，为14.5%。

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5.0%NiTi+3.0%SiC(1.5μm)/7075Al复合材料具有最高的抗拉强度，达到

512.6MPa，较对照组抗拉强度提高26.8%的同时，其断裂延伸率在复合材料中

最高，达到5.9%。复合材料的强化机制主要有：载荷传递强化、细晶强化、位

错强化、相变强化，增强相的协同强化，含纳米SiC颗粒的复合材料还有Orwan

强化。

热处理可以改善复合材料的性能，对材料进行固溶和时效，由于细小弥散

的析出相从过饱和固溶体中析出，产生时效硬化，峰时效后，

5.0%NiTi+3.0%SiC(60nm)/7075Al复合材料的压缩断裂应变最高可达17.8%，与

时效前相比提高了22.8%，塑性得到改善。复合材料的抗拉强度比时效前升高，

与挤压态复合材料断裂延伸率相比，都得到提升。其中

5.0vol.%NiTi+3.0vol.%SiC(60nm)/7075Al复合材料的抗拉强度达到最高，为

518.4MPa，且断裂延伸率为8.0%，比时效前的延伸率提高了35.6%。热处理后

的复合材料具有更好的强韧化匹配。

关键词：铝基复合材料；NiTi形状记忆合金；SiC颗粒；混杂增强；力学性能

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