激冷Ti-Ni形状记忆合金薄带的制备和特性研究

发布时间：2020-07-03 16:06

【摘要】：为了开发微机电系统用快响应微执行器材料,本研究用熔体快淬法制备了激冷Ti-x Ni(x=45~49.8 at.%)钛镍形状记忆合金薄带,X射线衍射仪(XRD)、用激光共聚焦显微镜(CLSM)、示差扫描量热仪(DSC)和弯曲试验,研究了钛镍二元合金中Ni含量、水冷铜辊转速、不同温度退火处理对薄带显微组织、室温相组成、相变行为和形状记忆行为的影响规律。得到了以下主要结果:铸态和退火态激冷Ti-x Ni(x=45~49.8 at.%)合金薄带室温组成相为马氏体M(B19’相,单斜结构)和母相A(B2相,Cs Cl型结构),显微组织呈纵横排列的柱状,具有优异的形状记忆效应。当Ni含量在45~48at.%范围内时,合金薄带冷却/加热时发生A→M/M→A型可逆马氏体相变;Ni含量为49和49.8at.%时,合金薄带冷却时发生A→R→M两阶段马氏体相变,加热时发生M→A一阶段马氏体相变。随Ni含量升高,马氏体相变温度(TM)、马氏体逆相变温度(TA)和正、逆马氏体相变热滞(ΔTM)升高,Ni含量为47at.%时合金薄带的形状记忆效应最优。在制备Ti-47Ni、Ti-48Ni和Ti-49Ni合金薄带时,随铜辊转速增加,三种合金薄带的晶粒变得细小,正逆相变类型未随辊速增加而变化,但相变温度会逐渐降低,形状记忆恢复率提高。随辊速增加,Ti-49Ni合金薄带的相变热滞减小,Ti-47Ni和Ti-48Ni合金薄带的相变热滞先增大后减小,最大相变热滞在辊速为1000r/min时取得。退火温度对激冷Ti-Ni形状记忆合金薄带的相组成和组织形态影响不大,但影响合金薄带的相变行为和形状记忆效应。退火态Ti-45Ni、Ti-47Ni合金薄带冷却/加热时发生A→M/M→A型可逆马氏体相变,随着退火温度升高,合金薄带的相变温度、相变热滞和形状记忆回复率在小范围内波动。退火态Ti-49Ni合金薄带冷却/加热时发生A→M/M→A型可逆马氏体相变,随着退火温度升高,合金薄带的相变温度升高,当退火温度由600℃升至900℃时,TM温度由38.92℃升高到61.19℃。退火态Ti-47Ni合金薄带的形状记忆效应最好。
【学位授予单位】：陕西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139.6
【图文】：

XRD衍射,DSC曲线

B2 相向正交 R、单斜 B19’相二阶相变；当掺杂 Cu 元素的含量大于 15%时，该合金则只会发生 B2 到 B19 一阶马氏体相变。如图 1-1（a）所示，在冷却、加热过程的 DSC曲线上只有一个相变峰，分析图 1-1（b）的 XRD 数据可得，合金中发生了 B2 到 B19一阶马氏体相变。但掺杂 Cu 元素的含量大于 15 %时，合金脆性将大大增加，韧性减小、可加工性和形状恢复率将变差；当 Cu 含量从 15%增加到 25%时，相变热滞会稍微有所降低，表面氧化膜质量、耐腐蚀性下降。此外，Ti-22.8Ni-23.7Cu 两个阶段的弹性模量分别约为 7GPa 和 25GPa，明显低于晶态下 TiNi 合金的弹性模量(奥氏体态下为 65～75GPa)，导致此现象的主要原因是在 Ti-Ni 合金中加 Cu 会使原子之间结合力有所下降[49-51]。正是由于此缺点，大大限制了高 Cu 含量 Ti-Ni-Cu 合金的应用和推广[41]。

添加Cr,Ti-Ni合金,平台应力,TiNi合金

合金在室温表现出 SME＋SE，添加 Cr 元素后合金则完全呈现出 SE。熊梅等人的研究结果得出的结论与上述结论一致，并且对 Ti-50.8Ni 合金进行时效处理时发现，随着时效保温时间延长，合金的强度会在一定范围内不断提高，塑韧性变差[53]。当加入 Cr 元素后，合金的超弹性会随着应力应变循环次数的增加表现出完全的超弹性[54]。此结论和贺志荣等人的研究一致[41]。

【参考文献】