NiTip/Al功能复合材料的界面调控及其对物理与力学性能的影响研究

将NiTi形状记忆合金粒子（NiTip）添加到铝合金中可赋予铝合金功能特性，但Al在高温下易扩散进入NiTi中或与其反应生成脆性化合物，损害NiTi的相变效应、降低界面结合强度，传统制备工艺很难克服这一问题。本项目将采用搅拌摩擦加工与热处理相结合的方法制备具有不同界面结构的NiTip增强铝基复合材料（NiTip/Al），通过分析复合材料的微观组织尤其是界面及其附近微区的精细结构，研究强塑性变形下的短时、固相界面形成机制以及热处理对界面结构的影响；研究受基体约束的NiTip相变特性及其对NiTip/Al的热膨胀与阻尼性能的影响，分析其热膨胀特性与阻尼机理；研究界面及其附近微区对于应力场的响应机制，分析它们与裂纹扩展的交互作用行为。通过上述研究阐明NiTip的约束相变特性与界面结构对复合材料的物理性能与力学行为的影响机理，为高性能结构功能一体化NiTip/Al的制备提供理论依据与实践指导。

本研究采用独特的“多孔式”颗粒预置方式，解决了搅拌摩擦加工制备颗粒增强金属基复合材料中颗粒分布不均匀的问题，制备了形状记忆合金NiTi颗粒增强6061Al合金的铝基复合材料。微观组织分析表明，复合材料中NiTip分布均匀，在NiTip周围没有发现反应生成物。对其进行T6处理（515oC/40min+163oC/18 h）后，在界面处存在厚度为几个纳米的过渡层，但没有发现明显的反应产物，表明界面结构相对稳定。热分析结果表明，复合材料在升、降温过程中发生了明显的与原始NiTip基本对应的相变；低温热膨胀分析显示，其热膨胀系数在20-50oC之间发生明显转变；阻尼特性分析表明，由于NiTi颗粒的加入，复合材料表现出比基体更好的阻尼性能。室温拉伸测试表明复合材料具有良好的强度与塑性，颗粒与铝基体之间的界面结合牢固，没有颗粒脱粘现象。断裂失效时裂纹沿颗粒附近的基体扩展。时效或T6处理均可使复合材料的力学性能明显提升。