导　　师： 王彪

学科专业： H0104

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 哈尔滨工业大学

摘　　要： 目前，NiTi合金是应用最为广泛的一类记忆合金，它具有良好的形状记忆效应和超弹性，已逐步应用于空间飞行器、核反应堆、建筑、桥梁、海洋平台等结构以及医疗等日常生活中。另外，随着智能材料及结构、微机电系统及生物医学等发展及需求，NiTi合金的应用会更加广泛，因此对NiTi记忆合金中马氏体相变机理、材料的热物理性能、材料表面的改性、材料的疲劳断裂等问题更深入的细观研究，是非常必要的，也是令人十分关注的。目前，对NiTi合金材料力学行为的研究远远不够，在理论和实验方面还要不断地进行深入研究和探索，这些研究和探索，会对理解材料的本质和建立材料的细观本构模型，以及材料的设计和使用等，有着十分重要的意义。由于材料宏观性质与其微结构的变化是密切相关的，所以寻找既能反映宏观变形同时又能显示微结构变化的一些实验方法，并给出相应的一些力学参量和力学特性的定量分析，有着十分重要的理论和实际意义。<br>　　光测力学方法及其相应的实验技术，可以为上述问题的研究提供非常有效地支持。光测力学以全场性、非接触性、高灵敏度、高精度等优点，在宏观、微细观领域内对有关力学问题的研究方面发挥了极其重要作用。本论文主要是利用光测力学的方法，围绕NiTi合金材料力学行为的若干问题进行了实验研究，得到的一些研究结果，具有一定的理论意义和应用价值。<br>　　首先利用云纹干涉法研究应力诱发单晶NiTi形状记忆合金马氏体的相变，在形状记忆效应和超弹性特征下，从变形场的角度，揭示了马氏体的产生、长大、及其传播的规律。应力诱发单晶体NiTi马氏体的长大和传播都是由许多马氏体合并来实现的，而不是通过惯习面来进行传播的。<br>　　氧离子做为注入剂注入多晶NiTi合金材料表面，注入层的深度和化学成份由X射线光电子能谱仪进行测定。在材料表层附近，约100nm厚度内，氧离子和Ti离子结合形成氧化钛薄膜，薄膜与基体间产生残余应力。利用云纹干涉与钻孔法相结合，测量了多晶NiTi合金表面氧离子注入后所产生的残余应力，并探讨了退火处理对残余应力的影响，退火时间越长残余应力越小。一些实验研究对进一步解决有关方面残余应力问题奠定了基础，并有很好的借鉴作用。<br>　　数字散斑相关方法在解决大变形和断裂等问题上有极大优势，并且适于不同尺度的实验测量。本文利用该方法对具有超弹性特征且带有预制双边裂纹多晶Ni-51.8at％Ti形状记忆合金试件进行单向拉伸实验，探讨了不同的时效处理温度对裂纹尖端位移场、应变场以及断裂的影响，从变形场的角度反映了材料的断裂特性。所用的求应变的方法，与对位移场数据先用有限元或薄板样条平滑再差分的方法相比，不仅基本原理清晰、容易理解，而且易于编程实现。一些实验测量结果也证明了它的有效性和可靠性，完全可以在更多领域加以应用。<br>　　提出一种基于空间光调制器技术的云纹法，利用空间光调制器与光学信息处理系统相结合，获得了云纹及倍增云纹。该方法简单快捷，云纹及倍增结果能够实时显示，克服了传统几何云纹方法的一些不足。云纹的倍增结果有效地提高测量灵敏度。采用离子束聚焦的方法，在多晶NiTi合金材料表面刻蚀高频正交光栅。利用该云纹法所获得的材料微尺度变形信息，为进一步分析和研究不同晶粒所表现出的不同力学行为以及在晶界处的应变变化情况等提供了有效的技术支持。该方法和技术充分地利用光学信息处理的优势，有望在材料和结构宏观、微观的变形测量方面加以推广应用。

关 键 词： 镍钛合金材料 光测力学方法 力学行为 空间光调制器

分 类 号： [O348.1 TG146.23]

领　　域： [理学] [理学] [金属学及工艺] [一般工业技术] [金属学及工艺]