含铜TiNi基形状记忆合金的组织与性能研究

发布时间：2020-05-22 09:32

【摘要】：本文在生物医用TiNi合金的基础上,添加Cu元素部分取代Ni,制备了TiNiCu合金,研究了Cu含量和热机械处理工艺对TiNiCu合金组织与性能的影响,优化了合金成分和热机械处理工艺。同时,为了进一步提高合金的抗菌性能,本文在提高合金中Cu元素含量的同时添加了Nb元素来改善加工性能,系统研究了热机械处理TiNiCu合金和TiNiCuNb合金在模拟口腔环境下的弯曲性能、耐磨性、耐腐蚀性、离子溶出行为和抗菌性能,为研发新型兼具超弹性和抗菌功能的正畸弓丝材料提供了新的选择和实验参考。显微组织、相组成、相变行为和拉伸力学性能测试结果表明,室温下原始态TiNiCu合金主要由奥氏体和Ti_2(NiCu)相组成,其中Ti_2(NiCu)相沿轧制方向分布,且随合金中Cu元素含量的增加,合金的晶粒尺寸变大。原始态TiNiCu合金在加热和冷却过程中均发生一步相变,Cu元素的添加提高了合金的相变温度。对原始态TiNiCu合金进行退火和时效处理后,合金室温下的组织主要由奥氏体和Ti_2(NiCu)组成。退火态和时效态合金在37℃下均表现出不完全的超弹性,且随着Cu含量的升高,合金的残余应变减小,超弹性提高。TiNiCu合金的超弹性随退火时间的延长而下降,随时效时间的延长而略有提高。经优化,TiNi7Cu合金经30%冷轧后再分别进行450℃退火30min和400℃时效60min的热机械处理,由于母相的强化,可以在37℃下表现出良好的超弹性,残余应变约为0.2-0.4%。另外,TiNiCuNb合金室温下由奥氏体、马氏体、Ti_2(NiCu)和β-Nb相共同组成,其A_f温度为35.7℃,在37℃下表现出优异的超弹性,残余应变为0.4%。与TiNi合金相比,退火态TiNi7Cu合金的显微硬度较高,时效态TiNi7Cu合金和TiNiCuNb合金的显微硬度略低。在干磨擦磨损条件下,退火态TiNi7Cu合金耐磨性最好;在模拟唾液润滑条件下,时效态TiNi7Cu合金耐磨性最好。铜元素的添加提高了镍钛合金在中性、碱性以及过氧化氢和氟离子含量较高的模拟唾液环境下的耐腐蚀性。在模拟唾液中浸泡不同时间后,TiNiCu和TiNiCuNb合金中的Ni离子析出量明显低于TiNi合金中的镍离子析出量,表明Cu元素的添加对合金中镍离子析出有一定的抑制作用;三种合金中铜离子析出量大小顺序为TiNiCuNb时效态TiNiCu退火态TiNiCu。三种含铜合金对大肠埃希杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出一定的抑菌性,且抑菌性的大小与铜离子的析出量有关。
【图文】：

平衡相图,实线,虚线,合金

性能也非常不错。合金从 1977 年开始出现相关研究，在 2005 年达到研究最热阶员仍在不遗余力的对 TiNiCu 合金待发掘的性能和应用进行着u 形状记忆合金的显微组织与相变行为合金相的组成一般与 Cu 元素的含量有关，但合金的 B2 母相发生改变，早在 1978 年就有人研究了 TiNiCu 合金中相组成到 30at.%时，母相仍为 B2 结构的结论[53]。NiCu 薄带合金的 Akira 等人[54]对 Ti55.5Ni44.5-xCux(x=11.8~23.5，并且经过实验总结分析给出了部分 TiNiCu 合金的平衡相 973 K 温度下的平衡情况，据作者描述图中箭头所示，Ti2C度的降低而变化到较低的铜含量。因此，从相稳定性的角23.5合金在 873K 和 773K 温度下退火出现了 TiCu 相，而 Ti55.4度下退火时 Ti2Ni 相反而消失均属正常现象。

曲线,TiNiCu合金,相变温度,相组成

哈尔滨工程大学硕士学位论文相组成，经过热处理后热处理后，合金材料主要由 Ti(NiCu) BTi2Ni 相以及 Ti2(NiCu)，同时随着铜含量的增加合金的晶格参年，研究学者 Nam 等人[56]研究了铜含量对于 TiNiCu 合金的0Ni50-xCux的合金体系通过在 343K 到 83K 的温度区间里采用 -相变温度-相组成之间的关系，如图 1.2 所示为相变温度随线，，由图可知，当铜元素的含量为 7.5at.%时，成为了该合金岭，当含量低于它时，合金发生 B2 母相到单斜马氏体 B19'时，合金发生 B2→B19→B19'两步相变；直到铜含量超过 15一步相变温度过低而无法检测，故只能观察到 B2→B19 一步图看出随着 Cu 含量的升高，从奥氏体母相结构到正交结构持不变，而进一步转变为单斜结构的马氏体转变温度逐渐降
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139.6

【引证文献】