将不同掺量和不同直径的形状记忆合金(SMA)纤维埋入工程水泥基复合材料(ECC)制得形状记忆合金纤维增强工程水泥基复合材料(SMAF-ECC), 通过单轴循环拉伸试验研究SMA纤维直径和纤维掺量对SMAF-ECC试件拉伸应力-应变关系、残余应变、裂缝宽度和裂缝恢复率的影响。结果表明: 打结形SMA纤维的加入提高了ECC的极限应变和极限抗拉强度; 提高纤维掺量可有效提高SMAF-ECC试件的应变和裂缝恢复率, 试验所得试件的最大应变恢复率和裂缝恢复率分别达到69%和77%; 纤维直径在一定范围内增长, 可以提高应变和裂缝恢复率, 纤维直径过小会导致恢复率减小。研究成果为新型SMAF-ECC试件的推广应用提供了理论依据。

在聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料(ECC)中掺入超弹性形状记忆合金纤维(SMAF),可形成具备良好自复位及耗能性能的新型SMAF-ECC。通过三点弯曲循环加载试验, 研究了不同SMAF端头形状和直径下SMAF-ECC梁的自复位和耗能性能。结果表明: 增大SMAF直径可有效提高复合梁耗能能力, 但对自复位性能影响较小, 试验中不同纤维直径造成的挠度自恢复率差异仅为5%; SMAF端头形状对试件自复位及耗能性能影响显著; 打结形端头SMAF锚固性能最佳, 卸载后试件主裂缝宽度显著减小, 挠度自恢复率达到70%以上, 试验曲线具有明显的旗帜形耗能特性。

激光选区熔化（SLM）增材制造技术为NiTi形状记忆合金复杂结构件的制造开辟了新途径，已成为智能材料领域的研究热点之一。本课题组采用光学显微镜、电子显微镜、X射线衍射仪、差式扫描量热仪、万能材料试验机等，重点研究了扫描间距h对SLM成形NiTi合金相对密度、组织结构、相变行为及力学性能的影响。结果表明：线能量密度在100~250 J/m范围内时，可以获得连续且稳定的单熔道试样；随着扫描间距h从115 μm减小到64 μm，SLM成形的NiTi合金块体中的NiTi（B2）相含量有所减少，相对密度增大，表面粗糙度减小，相变温度M_s呈逐渐升高的趋势。扫描间距h=77 μm时成形的NiTi块体试样的综合性能最佳：相对密度为98.5%，抗压强度和抗拉强度分别为3351 MPa和839 MPa，第1次压缩循环后的可回复应变为5.99%，应变回复率高达97%，第10、第20次压缩循环后的可回复应变分别为5.77%和5.75%。

镍钛合金是一种常见的智能材料,具有优良的形状记忆效应,在航空航天、医学和电子等领域具有广泛应用。激光选区熔化技术能够突破传统制造工艺的局限,成形出形状复杂且性能优异的镍钛合金构件,使构件的形状、性能和功能在时间和空间维度上实现可控变化,是“4D打印”的研究热点方向之一。本文简要介绍了激光选区熔化成形镍钛合金的国内外研究进展与技术现状,分析了成形工艺、热处理工艺等对镍钛合金成形件相变温度以及形状记忆效应和超弹性两大性能的影响,总结了激光选区熔化成形镍钛合金较为适宜的工艺参数,并对SLM成形镍钛合金的未来发展进行了展望,为镍钛合金激光选区熔化“4D打印”提供参考。

采用激光冲击强化技术对初始相为奥氏体的NiTi形状记忆合金进行强化处理，研究了NiTi形状记忆合金力学性质的变化。实验发现激光冲击强化后NiTi合金的影响层深度在300 μm左右，表面硬度提高了约10%。通过数字图像相关技术从拉伸过程拍摄的照片中得到材料的应变，从而获得NiTi合金的应力应变关系的变化。激光冲击强化后NiTi样品的超弹性应力应变曲线表明相变应力几乎没有变化，马氏体的屈服应力下降了约100 MPa，最大相变应变减少了13%。激光冲击强化产生的超高应变率的塑性变形导致材料硬度提高，超弹性应变减少。