收藏本站
《哈尔滨工程大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

SMA/树脂界面粘结性能与金属界面摩擦性能研究

刘燕斐  
【摘要】:界面指的是不同相材料之间的分界面,根据界面处不同的运动形式,可以将界面分为两类,第一类界面为相互粘结界面,在界面处不同相材料之间不存在相对位移。第一类界面通常存在于复合材料之间,对于第一类界面,通常希望其具有更好的粘结性能,避免界面处过早破坏从而对整体性能造成影响。第二类界面为相对运动两相之间的摩擦界面,对于摩擦界面,通常希望其具有较低的摩擦系数以及磨损率,从而确保材料具有更长的使用寿命。本文对这两种不同类型界面的性能进行了较为系统的研究。首先,针对第一类界面问题,本文对形状记忆合金复合材料的界面问题进行了研究。形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)指的是具有形状记忆效应,在特定条件下可实现变形回复的金属材料。本文采用的Ni-Ti形状记忆合金同时还具有超弹性,伪弹性以及高阻尼等特性。作为一种具有优良性能的金属材料,Ni-Ti形状记忆合金与其他材料混合从而制备成为复合材料。然而研究发现Ni-Ti形状记忆合金与树脂基体之间弱粘结性能会降低复合材料的性能。因此针对这一问题,提出了一种新的采用硅烷偶联剂KH550与Al_2O_3纳米颗粒对Ni-Ti形状记忆合金进行改性处理的方法,通过单纤维拔出实验对采用新方法处理后的Ni-Ti形状记忆合金/树脂之间的界面粘结性能进行了研究。其次,制备了SMA/玻璃纤维/树脂混杂复合材料层合板以及SMA/玄武岩纤维/树脂混杂复合材料层合板试样,其中的形状记忆合金采用了不同的改性处理,以研究SMA/树脂界面性能对复合材料整体性能的影响。文中利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察了形状记忆合金/玻璃纤维/树脂基体之间的相对位置关系,采用准静态单向拉伸、三点弯曲以及低速冲击实验对SMA/玻璃纤维/树脂混杂复合材料以及SMA/玄武岩纤维/树脂混杂复合材料的力学性能进行了研究,并且利用SEM对破坏后试样的形态进行了观察。然后,针对第二类界面问题,本文中对金属材料摩擦界面处摩擦引起的转化结构(tribologically transformed structure,TTS)层性能改变对磨损性能的影响进行了研究。在金属的摩擦磨损过程当中,摩擦界面的形态以及性能均会出现明显改变,从而对摩擦行为造成影响。本文采用氧化铝陶瓷球对316不锈钢,纯铜以及Ti6Al4V这三种金属材料进行微动摩擦从而得到磨痕表面的TTS层。在得到TTS层之后,采用纳米压痕的方法对三种金属材料基体以及磨痕表面的硬度进行测量,从而得到材料磨痕表面TTS层在微动摩擦过程中力学性能的变化。然后利用聚焦离子束(Focused Ion beam,FIB)对摩擦表面磨痕进行切割和抛光,并使用SEM对磨痕表面以及横截面进行观察,从而得到三种金属材料摩擦引起的TTS层的微观形态。在这之后,为了在磨损模型中考虑表面性能改变对磨损性能的影响,本文对经典Archard磨损模型进行了改进,用TTS层表面硬度代替基体表面硬度,从而获得更好的磨损预测结果。针对轻质合金抗磨损性能较差的问题,本文在铝合金表面涂覆了一种新型的等离子体电解氧化(Plasma electrolytic oxidation,PEO)/Chameleon复合涂层并且对其在不同环境中的微动摩擦性能进行了研究。实验室环境(湿度40%-55%)、干燥氮气环境、干燥氮气—实验室环境交替变化以及油基润滑下不同的摩擦与磨损性能,并且选用了钢球和氧化铝陶瓷球作为与涂层接触的物体,以研究不同接触材料对PEO/Chameleon涂层性能的影响。此外,本文采用大荷载小振幅的微动摩擦实验研究了涂层性能对微动摩擦滑移状态的影响以及通过长周期微动摩擦实验研究了涂层的微动摩擦寿命,从而对涂层在微动摩擦下的性能有了更全面深入的了解。本文以材料界面性能为中心,对两类界面问题进行了研究。针对第一类界面问题,本文研究了形状记忆合金复合材料中界面改性对复合材料力学性能的影响;针对第二类界面问题,本文研究了金属摩擦界面摩擦引起的结构转变成结构(TTS)层对金属材料摩擦性能以及磨损性能的影响。通过对这两类界面问题的研究,得到了界面性能在静态过程以及动态过程中对材料性能的影响。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG139.6;TB333

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 冷劲松;孙健;刘彦菊;;智能材料和结构在变体飞行器上的应用现状与前景展望[J];航空学报;2014年01期
2 张新平;张宇鹏;;多孔NiTi形状记忆合金研究进展[J];材料研究学报;2007年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王奇;徐志伟;;SMA驱动变体机翼后缘结构力学分析[J];南京航空航天大学学报;2015年06期
2 蔡斐;葛建平;;《航空学报》50年[J];航空学报;2015年08期
3 刘爱辉;;医用多孔NiTi合金表面微弧氧化改性研究[J];材料科学与工艺;2015年03期
4 李杰锋;沈星;陈金金;;零泊松比胞状结构的单胞面内等效模量分析及其影响因素[J];航空学报;2015年11期
5 翟宏州;芦吉云;王帮峰;王晓钢;;具有SMA驱动层的柔性蒙皮主动变形特性研究[J];兵器材料科学与工程;2014年04期
6 周勇;蔡宏图;江涛;刘文婷;;Ni/Ti扩散反应涂层中孔隙的形成及其影响因素[J];热加工工艺;2014年12期
7 高琳;;智能复合材料在航空、航天领域的研究应用[J];纤维复合材料;2014年01期
8 罗军平;马骁;关锐峰;曹姗姗;柯常波;倪东惠;张新平;;近零膨胀TiNi合金基复合材料的制备及其性能[J];中国有色金属学报;2014年02期
9 李大圣;;熔渗法制备高强Mg(AZ91D)/NiTi阻尼复合材料及其压缩和阻尼性能[J];机械工程材料;2013年07期
10 李洁;周勇;张俊;;多孔NiTi合金制备的研究现状[J];热处理技术与装备;2013年01期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李伟;熊克;陈宏;张绪;苏永刚;任智毅;;含有SMA弹簧驱动器的可变倾斜角翼梢小翼研究[J];航空学报;2012年01期
2 张柱;黄文俊;杨卫东;;后缘小翼型智能旋翼桨叶模型设计分析与试验研究[J];南京航空航天大学学报;2011年03期
3 朱华;刘卫东;赵淳生;;变体飞行器及其变形驱动技术[J];机械制造与自动化;2010年02期
4 牟常伟;王帮峰;葛瑞钧;宁素娟;;可主动变形的波纹式蒙皮基体制备及驱动特性[J];兵器材料科学与工程;2010年02期
5 杨媛;徐志伟;;基于SMA的飞行器变体机翼驱动结构研究[J];兵器材料科学与工程;2010年01期
6 黎军;秦燕华;白涛;于哲慧;李岩;;采用智能材料的变弯扭机翼实验研究[J];空气动力学学报;2009年05期
7 裘进浩;边义祥;季宏丽;朱孔军;;智能材料结构在航空领域中的应用[J];航空制造技术;2009年03期
8 周国庆;卢德军;杨卫东;;主动扭转智能旋翼模型试验研究[J];直升机技术;2007年03期
9 崔尔杰;白鹏;杨基明;;智能变形飞行器的发展道路[J];航空制造技术;2007年08期
10 杜善义;张博明;;飞行器结构智能化研究及其发展趋势[J];宇航学报;2007年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蔡培展;;形状记忆合金:变回最初的“自己”[J];广州化工;2019年08期
2 刘永康;蒋娜云;李微;;铜基形状记忆合金专利技术分析[J];中国科技信息;2018年11期
3 闫国杰;;形状记忆合金智能沥青路面的变形特性研究[J];华东交通大学学报;2018年04期
4 郑云峰;;制作形状记忆合金服装的设想[J];中小学实验与装备;2008年04期
5 贺志荣;周超;刘琳;吴佩泽;邹启明;;形状记忆合金及其应用研究进展[J];铸造技术;2017年02期
6 朱玉萍;陈涛;滕耀;;定向凝固铁磁形状记忆合金力-磁耦合各向异性特性研究[J];功能材料;2017年03期
7 ;镁基形状记忆合金[J];金属功能材料;2017年02期
8 陈雯;王周锋;;基于形状记忆合金的结构裂缝自修复研究[J];中国工程咨询;2015年08期
9 李奕璇;;用形状记忆合金弹簧驱动装置设计分离装置[J];金属材料与冶金工程;2015年04期
10 ;神奇的“形状记忆合金”[J];天津冶金;2016年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 尤天赐;杨义;;直径尺度对形状记忆合金的相变参数退化规律影响研究[A];北京力学会第二十三届学术年会会议论文集[C];2017年
2 郝林;裘进浩;季宏丽;张琛;;一种基于R相相变的形状记忆合金热力学行为建模及数值仿真[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
3 朱玉萍;兑关锁;;磁控形状记忆合金变体重定向的细观力学模型[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
4 马宗义;倪丁瑞;王继杰;肖伯律;;搅拌摩擦加工制备形状记忆合金粒子增强铝基复合材料[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
5 刘兵飞;兑关锁;朱玉萍;;上边界理论和下边界理论在多孔形状记忆合金中的应用和比较[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年
6 刘春雨;涂福泉;许仁波;;磁控形状记忆合金的研究现状及其应用进展[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第二卷)[C];2011年
7 陈莹;李静;;形状记忆合金薄板动力学方程的中心的判定[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
8 朱祎国;张扬;赵聃;;具有层状微结构的形状记忆合金本构模型[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
9 董治中;王德法;刘文西;陈金铭;高银露;;微量硼对铁基形状记忆合金的性能影响[A];2000年材料科学与工程新进展(上)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
10 刘岩;周伟敏;江伯鸿;漆璿;;磁控形状记忆合金[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 韩硕;伸缩自如的神奇材料——形状记忆合金(上)[N];中国有色金属报;2016年
2 唐佩绵;形状记忆合金的研发进展[N];世界金属导报;2017年
3 邓彦晨;形状记忆合金:神奇的功能材料[N];中国航天报;2017年
4 缪卫东;形状记忆合金研发及其应用进展[N];世界金属导报;2017年
5 王泽议;骨科治疗领域的技术革命[N];中国医药报;2001年
6 李况;新型建筑电子化[N];中国房地产报;2003年
7 彭新建 摘译;无镍形状记忆合金开发成功[N];中国冶金报;2002年
8 晓峰;形状记忆合金在医疗器械领域的机遇与挑战[N];中国有色金属报;2015年
9 褚幼义;形状记忆合金,材料新贵族[N];中国有色金属报;2001年
10 王婷婷;这些新技术能为太空探索之路“扫雷”?[N];中国航天报;2018年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘燕斐;SMA/树脂界面粘结性能与金属界面摩擦性能研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
2 梁玉龙;镍钛铁形状记忆合金平面应变塑性变形机理及微观结构演变研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
3 陈翔;镍钛铌形状记忆合金特性的试验与本构模型研究[D];重庆大学;2015年
4 王玉龙;形状记忆合金复合材料界面力学特性[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 陈斌;镍钛铌形状记忆合金宏细观力学行为研究[D];重庆大学;2013年
6 王立民;形状记忆合金的机敏摩擦学特性研究[D];大连海事大学;2003年
7 朱胜利;多孔TiNi形状记忆合金的研究[D];天津大学;2005年
8 张庆新;磁控形状记忆合金特性及其执行器应用基础研究[D];沈阳工业大学;2006年
9 李明高;TiNi形状记忆合金与不锈钢的连接[D];吉林大学;2006年
10 孙广平;铁锰硅铬镍形状记忆合金的组织性能及其制造管接头工艺性的研究[D];吉林工业大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张严封;基于记忆合金的智能手指驱动系统设计与控制[D];东北大学;2017年
2 刘超;形状记忆合金与压电复合型热发电原理与方法研究[D];吉林大学;2018年
3 王星魁;热处理对Ti_(50)Ni_(47)Fe_3形状记忆合金棒材显微组织和力学性能影响的研究[D];东北大学;2015年
4 栾宇;基于强制换热的多关节记忆合金驱动系统研究[D];浙江大学;2018年
5 邱晟桐;基于形状记忆合金的汽车车身薄壁结构振动特性研究[D];吉林大学;2018年
6 王帅;镍钛铌形状记忆合金的回复应力试验研究[D];大连理工大学;2018年
7 李雅格;形状记忆合金驱动器力学性能及精确控制研究[D];南京航空航天大学;2018年
8 朱禹熹;形状记忆合金主动加固混凝土圆柱的试验研究[D];大连理工大学;2018年
9 陈远;基于IDA的SMA支撑钢框架与BRB钢框架的抗震性能对比研究[D];山东大学;2018年
10 杨涧;晶粒细化对CuAlMn形状记忆合金组织及性能的影响[D];河北工业大学;2016年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026


丁香五月 啪综合