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飞行器飞行速度的不断提高给飞行器的外部结构带来强烈的气动加热问题,对结构材料提出了高温下刚度不降低的要求。本文致力于设计并制备一种在一定温度范围内弹性模量保持不变的恒弹性轻质复合材料。选择三种Ti Ni合金丝(Ti Ni50、Ti Ni50.3和Ti Ni50.6)作为增强体,轻质Al合金(1060Al)作为基体。采用压力浸渗法制备了Ti Nif/Al复合材料。利用万能试验机和动态热机械分析仪分析了复合材料的静态拉伸性能、动态力学性能和阻尼性能;利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜详细分析了复合材料的界面显微结构、复合材料的断口形貌和微观组织变化;结合Ti Ni合金丝在Al基体约束条件下的相变行为,讨论了Ti Ni合金的相变行为对复合材料恒弹性性能和阻尼性能的影响。通过调整Ti Ni合金表面氧化层的厚度和成分对复合材料的界面反应进行抑制。Ti Ni合金丝在400℃、500℃和600℃温度下氧化后的表面氧化产物主要为Ti O2。将Ti Ni合金丝在600℃温度下氧化1h,合金表面的氧化膜即可以有效阻止合金与Al基体之间的严重界面反应。体积分数为20%时,压力浸渗制备的Ti Ni50.3f/Al复合材料拉伸强度为268MPa,与理论强度非常接近。扫描电镜和透射电镜的分析结果表明,Ti Nif/Al复合材料为多层界面结构。由Al基体向Ti Ni合金方向依次为含Ti O2和Ti颗粒的Ti-Al化合物层、Ti Ni3层和B2奥氏体Ti Ni层。在Ti-Al氧化物层和Ti Ni3层之间存在不连续的Ni5Ti O7相。Ni5Ti O7与Ti Al3之间存在位相关系[100]Ti Al3//[794]Ni5Ti O7,(002)Ti Al3//(114)Ni5Ti O7;同时与Ni Ti2之间存在位相关系[210]Ni Ti2//[423]Ni5Ti O7,(240)Ni Ti2//(1 12)Ni5Ti O7。Ti Nif/Al复合材料的室温拉伸变形过程出现二次屈服现象,分析结果表明其应力应变过程表现为两种不同的机制:其中,Ti Ni50f/Al和Ti Ni50.3f/Al的第一次屈服平台对应Ti Ni50和Ti Ni50.3合金的应力诱发马氏体再取向;而Ti Ni50.6f/Al的第一次屈服平台对应Ti Ni50.6合金的应力诱发马氏体相变。随着Ti Ni合金丝体积分数的增加,复合材料的拉伸强度不断增大;随着温度升高,不同体积分数复合材料的拉伸强度不断下降。不同温度下Ti Nif/Al复合材料的拉伸断裂方式均为塑性断裂。复合材料的恒弹性性能与Ti Ni合金的相变密切相关。Ti Ni合金相变前,不同温度复合材料的储能模量相对值符合混合定律;Ti Ni合金相变后,不同温度复合材料的储能模量相对值取决于Ti Ni合金中马氏体和奥氏体的相对含量。体积分数为50%时,Ti Ni50f/Al、Ti Ni50.3f/Al和Ti Ni50.6f/Al三种复合材料分别在130℃到300℃、110℃到300℃以及30℃到300℃温度范围内可以保持恒弹性。DSC分析结果发现时效和变形引起复合材料内部Ti Ni合金的相变行为发生变化。时效后Ti3Ni4相的析出引起约束态Ti Ni50.6合金的马氏体逆相变和R相变的特征温度上升;同时抑制马氏体相变。时效初期,合金晶粒内部和晶界处Ti3Ni4相的不均匀分布,导致合金升温和降温时的相变过程中出现三个相变峰。拉伸变形增加约束态Ti Ni50和Ti Ni50.3合金马氏体的稳定性,从而引起合金相变温度的改变。拉伸应变量大于4%时,约束态Ti Ni50.6合金内部部分应力诱发的马氏体发生再取向,稳定性增加,从而在合金升温时出现两个相变峰。应变变化引起复合材料内部的可动位错密度发生变化,从而影响Ti Nif/Al复合材料的储能模量和阻尼性能。高应变时,复合材料内部的可动位错密度增加,复合材料的储能模量相对值快速下降,同时复合材料的阻尼性能快速增加。而频率对复合材料的储能模量和阻尼性能的影响则与复合材料内部的晶界驰豫有关。拉伸变形后,复合材料的储能模量相对值随应变的变化趋势基本不变;由于Ti Ni合金的形状记忆效应在复合材料内部产生的压应力,复合材料的阻尼峰值明显提高。