Ti-Ta-Zr-Fe记忆合金薄膜的制备与阻尼行为

发布时间：2020-03-21 13:30

【摘要】：记忆合金薄膜集温度、应力感知和驱动为一体,比表面积小、输出功率大,且兼具体材料的各种优点,在微机电领域有广阔的应用前景。传统Ti Ni合金阻尼峰温域窄,马氏体相为高阻尼相,但由于其相变温度低,限制了其在高温环境中的应用。本文研制了高相变温度、宽温域、高阻尼的Ti-Ta-Zr-Fe记忆合金薄膜。采用直流磁控溅射的方法制备合金薄膜。通过原子力显微分析、扫描电子显微分析研究溅射工艺参数对薄膜成分和表面形貌的影响,优化了工艺参数;采用X射线衍射仪、透射电子显微镜考察了不同Fe含量薄膜的相组成和微观组织结构;采用弯曲法测量了合金薄膜马氏体逆相变温度;采用动态热机械分析仪和纳米压痕仪研究了合金薄膜的力学性能和阻尼行为。研究发现,溅射功率增大,薄膜中Ti含量先增加后减少,Ta、Zr含量先减少后增加,表面粗糙度先增大后减小;Ar工作气压增大,Ti含量减少,Ta含量增加,Zr含量先减少后增加,表面粗糙度增大。溅射功率200W、Ar工作气压0.15Pa,时间120min时可获得高质量、接近目标成分的Ti-Ta-Zr-Fe合金薄膜。组织结构分析显示,薄膜的室温相组成均为母相和马氏体相共存。Fe含量增大,相变温度降低,X射线衍射谱显示母相增多。薄膜的微观组织均是晶粒尺寸在30nm~60nm的纳米晶,随着Fe含量增大,晶粒尺寸减小。弯曲试验显示薄膜呈现双程记忆效应,属高温记忆合金薄膜。在-100℃~100℃之间,不同Fe含量的薄膜升降温过程中均出现阻尼峰。薄膜降温过程中阻尼峰值较升温过程高。Fe含量增加,合金薄膜的阻尼性能提高,储能模量增加,阻尼峰向低温移动。频率升高使得阻尼峰向高温方向移动,阻尼峰值增大。频率为20Hz时,1.0at.%Fe的合金薄膜阻尼峰值最高,为0.116。应变振幅变化,薄膜的阻尼行为不变。升温时高阻尼温度范围较宽,-15℃~75℃温度区间内阻尼值在0.04以上,属于宽温域高阻尼合金薄膜。薄膜阻尼产生的微观机制为晶界弛豫。随着Fe含量的增加,薄膜的抗拉强度和拉伸断裂延伸率均增大。Fe的加入同时提高了薄膜的塑性和抗拉强度。含1.0at.%Fe的薄膜抗拉强度为657MPa、断裂延伸率为12.8%。纳米压痕试验的结果表明,合金薄膜的弹性模量和硬度随Fe含量增加而增大。
【图文】：

Ti-Ni基记忆合金的阻尼-温度谱

- 5 -图 1-2 均质化处理后各成分合金的微观组织结构[17]a) Ti50.2Ni49.8，b)Ti46.0Ni45.0Nb9.0，，c)Ti46.0Ni43.5Nb9.0Mo1.5，d)Ti46.0Ni43.5Nb9.0Mo1.5合金 TiNi 基体中富 Nb 像的电子衍射花样究表明[18]吸铸 Ti-Ni 合金具有高的阻尼性能，其最大内耗值比常i 合金的最大内耗值高 20%。吸铸 Ti-Ni 合金中存在大量细小的晶使得其基体中存在更多的晶界和各种相界面，有利于提高 Ti-Ni
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2

【参考文献】

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本文编号：2593403