多孔Ni-Ti形状记忆合金在医学和减震方面的应用研究

在对多孔Ni-Ti形状记忆合金的特点及工程应用须解决的关键问题进行分析的基础上,介绍了该材料的最新研究进展。对多孔Ni-Ti形状记忆合金优良的力学性能、形状记忆效应、超弹性、阻尼特性和生物相容性等特点进行了综述,并对其在医学和减震方面的应用前景和发展趋势进行展望。

多孔NiTi形状记忆合金中Ni的释放行为

多孔NiTi合金在生理盐水和模拟体液中的Ni释放速率远大于具有相同名义表面积的致密态NiTi合金.在恒定的静弯曲应变的作用下,多孔NiTi形状记忆合金Ni释放速率呈现增大的趋势.多孔NiTi合金在60℃的4 mol/L的NaOH溶液中浸泡24 h,然后在600℃进行1 h处理后,合金表面形成一层氧化膜,阻隔了浸液与基体的接触,明显降低多孔NiTi合金的Ni释放速率.

Ni含量和热处理对Ti-Ni形状记忆合金相变和形变行为的影响

用示差扫描量热仪和拉伸试验对比研究了不同温度退火态Ti50.5，Ni49.5、Ti49.8Ni50.2和Ti49.4Ni50.6合金的相变特性和形变行为。中温退火态Ti50.5Ni49.5和Ti49.8Ni50.2合金冷却／加热时的相变类型为A→R→M／M→A（A—母相，R—R相，M—马氏体），Ti49.4Ni50.6合金的相变类型为A→R→M／M→R→A。随Ni含量增加，Ti—Ni合金的相变温度降低，相变热滞增加。随退火温度Tn升高，这3种合金的马氏体相变温度升高，热滞减小；Ti50.5Ni49.5合金的R相相变温度TR恒定不变；Ti49.8Ni50.2和Ti49.4Ni50.6合金的TR先升高后降低。室温下，Ti50.5Ni49.5合金呈现形状记忆效应，Ti49.4Ni50.6合金呈现超弹性，Ti49.8Ni50.2合金呈现形状记忆效应＋超弹性。近等原子比和富镍Ti—Ni合金的形状记忆特性优于贫镍合金。随Ta升高，三合金拉伸曲线的平台应力减小；Ti49.4Ni50.6超弹性合金的滞弹性面积增大，阻尼性增强，能量储存密度和储存效率减小。Ta=673～773K时，Ti—Ni合金的形状记忆特性良好，Ta超过823K后，该特性变差。

Ti-Ni形状记忆合金超弹性的研究进展

Ti-Ni形状记忆合金具有超弹性特性,所显示出的恒弹力、大应变、非线性阻尼和高弹性模量效应可被用来制作储能器、振动控制器和耐磨零件等。评述了Ti-Ni形状记忆合金超弹性的影响因素和计算模拟研究现状。着重介绍了合金成分、热处理、应力-应变循环、冷变形量和实验温度对超弹性的影响,并指出开发多元系Ti-Ni-X超弹性合金和加强合金的超弹性计算模拟是今后的主要研究方向。

Ni47Ti44Nb9形状记忆合金冷轧管材的组织、织构和相变

利用OM、DSC和XRD,研究了Ni_(47)Ti_(44)Nb_9合金热锻棒、热挤压管材和不同热处理条件下冷轧管材的组织、织构和相变.结果表明:热锻棒中的B2相呈较宽的纤维状,主要织构接近{112}〈111〉和{123}〈111〉;热挤压管材纤维组织变细且发生碎化,多数晶粒的取向靠近{111}〈UVW〉;冷轧管材的B2相纤维组织发生严重碎化,抑制了冷却过程中马氏体相变的进行,{111}〈110〉和{112}〈110〉成为主要织构.随淬火温度的升高,冷轧管材硬度下降,M_s和A_s点升高,热滞减小.冷轧管材经600℃/90 min退火,{111}〈110〉和{112}〈110〉织构显著增强,经850℃退火,再结晶晶粒明显长大,M_s点显著提高,热滞和硬度下降,晶粒取向偏离{111}〈110〉和{112}〈110〉.

热轧Ni_(47)Ti_(44)Nb_9形状记忆合金板材的织构及其对拉伸和恢复性能的影响

采用XRD、SEM和拉伸试验机对热轧Ni47Ti44Nb9形状记忆合金板材的织构及其对拉伸和恢复性能的影响进行研究,以便为改善该合金的力学和记忆性能提供理论依据。热轧板材的织构主要为{001}<uv0>和{111}<uvw>丝,沿轧向(RD),{001}<uv0>丝织构中强组分向{001}<010>靠近,{111}<uvw>丝织构中的{111}<112>和{111}<165>组分较强;沿横向(TD),强织构组分为{001}<010>和{111}<132>;热轧板材经高于再结晶温度热处理后,沿轧向,应力诱发马氏体相变临界应力最高,与轧向成45°角方向的临界应力最低,且沿横向拉伸断口表面出现很多微裂纹;经850℃热处理后,临界应力随着冷速的加快而降低,且该温度下退火板材的织构对可恢复应变的影响不明显,基本在7.0%～7.4%。

真空感应熔炼用石墨坩埚对Ni_(47)Ti_(44)Nb_9形状记忆合金质量的影响

研究了三种不同种类的石墨坩埚进行真空感应熔炼Ni47Ti44Nb9形状记忆合金。一种是低密度的挤压石墨材料,另外两种是不同孔隙度和纯净度的等静压石墨材料,并且用纯Ni,Ti和Nb原材料进行Ni47Ti44Nb9形状记忆合金熔炼。采用低等级、低密度石墨坩埚进行熔炼,合金铸锭的碳含量会升高;选用高密度、高纯净度的石墨坩埚可以获得较好质量的合金铸锭。

TiNi形状记忆合金电阻钎焊接头微观组织分析

利用自行改制的数控交流电阻焊机 ,采用CuNi薄带钎料 ,配合改进型钎剂实现了TiNi形状记忆合金电阻钎焊连接。借助于光学显微镜、SEM及EDX对钎缝的组织进行了分析。结果表明 ,试验采用的电阻钎焊工艺对母材的热影响极小 ,接头中没有明显的热影响区 ;在钎缝中存在的Ti3

再结晶对Ni_(47)Ti_(44)Nb_9形状记忆合金棒相变和织构的影响

利用光学显微镜(OM),DSC和XRD,研究了直径19 mm Ni47Ti44Nb9热轧棒材再结晶对相变和织构的影响,为该合金棒的实际应用提供理论依据。结果表明:热轧棒从450℃开始发生明显再结晶;从850℃/90 min真空退火棒材的中心到边缘,再结晶晶粒尺寸减小,Ms降低,马氏体转变区间变窄,热滞增大;热轧棒中形成了较强的γ丝织构,600℃/90 min退火后,γ丝织构强度稍有下降,退火温度升到850℃,丝织构明显减弱,等密度线发生漫散,形成了新的织构组分,这有利于改善棒材径向方向的恢复应变。

稀土元素Ce对Ti-Ni形状记忆合金力学性能的影响

采用拉伸试验研究了稀土元素Ce对Ti-Ni合金力学性能的影响,通过扫描电镜对Ti-Ni-Ce合金的断口形貌进行观察。实验结果表明,添加稀土元素Ce使Ti-Ni合金的应力—应变行为有显著影响。在马氏体状态拉伸时,当x(Ce)低于0.5%时,合金的应力—应变曲线出现明显的屈服平台;而当x(Ce)超过1%时,合金的应力—应变曲线上无明显的屈服平台,以连续屈服和强烈的加工硬化为特征。随Ce加入量增加,合金的延伸率降低、脆性增大,断裂类型由微孔聚集型的韧性断裂逐渐转变为沿晶脆性断裂。因此,Ce的加入量不能超过1%,否则将损害Ti-Ni合金的使用性能。

热/强磁场耦合时效对富镍Ti-Ni形状记忆合金相变行为的影响

采用示差扫描量热仪(DSC)和透射电子显微镜(TEM),研究热/强磁场耦合时效对Ti-50.6%Ni(摩尔分数)形状记忆合金中Ti3Ni4相析出及相变行为的影响。结果表明:经过500℃、2.5 h热/强磁场耦合时效处理后,Ti-50.6%Ni合金呈现典型的三阶段相变,即晶界附近的B2—R转变、晶内的B2—B19′转变和晶界附近的R—B19′转变;随着磁感应强度的增加,B2—R相变峰和B2—B19′相变峰均向低温区漂移,而R—B19′相变峰位基本保持不变。TEM观察显示,热/强磁场耦合时效后,晶界附近的Ti3Ni4析出相数量明显减少,表明热/强磁场耦合时效可能阻碍了晶粒内部的Ni向晶界周围迁移,抑制了Ti3Ni4相的形核。

Ti-Ni形状记忆合金多阶段可逆相变的类型及其演化过程

用示差扫描量热仪(DSC)和部分热循环分析法研究了350—800℃退火态和300—500℃时效态Ti-(50．2—50．8)Ni(原子分数,%)形状记忆合金多阶段可逆相变的类型及其演化过程．结果表明,这些合金发生R和马氏体两种可逆相变,相变可以一阶段完成,也可以多阶段完成．时效态合金的相变比退火态复杂,时效温度越低相变越复杂．若用DSC曲线上冷却相变峰数/加热相变峰数表示相变类型,则退火态和时效态合金冷却/加热时可以发生1/1,2/1,2/2,3/2和3/3等类型的相变．给出了各类相变发生的热处理工艺．多阶段可逆相变是一个渐变过程,在冷却相变峰的温度区间进行部分热循环时,随冷却停止(加热开始)温度降低,逆相变峰温度降低．

Ni_(47)Ti_(44)Nb_9形状记忆合金冲击过程形变行为分析

利用轻气炮装置在不同加载速率下对Ni_(47)Ti_(44)Nb_9形状记忆合金进行了动态冲击加载试验。采用差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等先进手段对样品的形变行为进行了分析表征。探讨冲击过程合金样品的物相转变机制和微观组织演化规律。结果表明:冲击后样品内部存在大量微观缺陷,NiTi基体相与β-Nb粒子相均发生了明显的形变,但未发生应力引发马氏体相变过程,这可能是由于Ni_(47)Ti_(44)Nb_9合金马氏体相变温度较低以及β-Nb粒子对相变过程的阻碍作用引起的。

Ni_(55)Ti_(45)形状记忆合金高温变形特性及机制

采用Gleeble-3500热模拟试验机对锻态Ni_(55)Ti_(45)合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究了该合金在变形温度为650~850℃、应变速率为0.01~1 s^(-1)范围内的高温变形特性,并分析其变形机制。结果表明,应力-应变曲线呈"应变软化"型,热变形激活能为317.304 k J/mol,根据双曲正弦函数建立了峰值流变应力本构方程。微观组织观察表明,在650℃、1 s^(-1)和700℃、1 s^(-1)时发生了局部塑性流动的失稳变形,主要由变形热效应导致。高温、低应变速率利于动态再结晶的发生,但动态再结晶晶粒尺寸更大。动态再结晶形核机制以晶界弓出机制为主,同时伴随有少量的PSN机制。

Ti-Ni-Gd形状记忆合金的马氏体相变

采用电弧炉制备了添加不同Gd含量的Ti- Ni-Gd三元合金,利用DSC、X射线衍射仪研究了重稀土元素Gd对Ti-50．7Ni合金的马氏体相变的影响。结果表明添加重稀土元素Gd后,Gd含量不超过2% (原子分数)时,淬火态的Ti-Ni-Gd三元合金中分别发生两步马氏体相变,Gd含量为10%(原子分数)时,合金中发生了一步马氏体相变,同时稀土元素Gd的加入能明显提高Ti-Ni合金的相变温度。Ti-Ni-Gd合金中马氏体仍为B19’单斜结构,而且马氏体的点阵参数随Gd的加入发生明显变化,晶胞产生畸变。

退火温度对铸态Ti_(49)Ni_(51)形状记忆合金微观组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)和万能试验机等仪器对铸态以及退火条件下Ti_(49)Ni_(51)形状记忆合金的微观组织和力学性能进行了研究。结果表明,合金随着退火温度的升高,晶粒逐渐由纤维状向等轴状过渡,晶粒变得粗大。XRD分析发现,对于铸态合金,在非晶态弥散衍射峰基础上呈现出Ti Ni晶体相衍射峰;样品在723 K和773 K退火,非晶态弥散衍射峰消失,XRD谱图上显示出现Ti Ni晶体相的衍射峰。Ti_(49)Ni_(51)合金在723 K和773 K温度下热处理30 min后进行压缩试验的结果表明,723 K热处理试样在加载过程中母相奥氏体朝马氏体起始转变应力σAs大于773 K热处理试样的母相奥氏体朝马氏体起始转变应力;然而,前者母相奥氏体朝马氏体完成转变应力σAf小于后者母相奥氏体朝马氏体完成转变应力;另外,在卸载试验中,前者的残余应变小于后者的残余应变。

Ni-Ti形状记忆合金薄膜的研究和应用

Ni-n形状记忆合金(SMA)薄膜由于其尺寸小输出功大,是一种有诱人前景的微机械材料。本文主要介绍了Ni-Ti形状记忆合金薄膜的马氏体相变、时效稳定性、R相变、退火对相变温度的影响、力学性能以及最近的应用。

时效对TiNiCr形状记忆合金马氏体相变与超弹性的影响(英文)

通过X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微观察(TEM)、差式扫描量热分析(DSC)与拉伸实验研究时效处理对Ti48.4Ni51.1Cr0.5合金显微组织、马氏体相变与超弹性的影响规律与机制。经400°C时效处理30 min后,合金中形成Ti3Ni4析出相。当时效温度介于400°C和500°C之间时,合金表现出两步马氏体相变。经时效处理的Ti48.4Ni51.1Cr0.5合金在室温下表现出优异的超弹性。随时效温度自300°C升高到450°C,超弹性恢复率增加。继续升高时效温度,恢复率下降。超弹性应力滞后表现出相反的变化趋势。通过分析Ti3Ni4析出相随时效处理的演化规律解释了时效处理与马氏体相变和超弹性之间的关系。

三元Ti_(49.2)Ni_(49.3)Co_(1.5)形状记忆合金的低频阻尼特性

用动态机械热分析仪在变频、变温、变振幅条件下 ,对三元Ti4 9.2 Ni4 9.3Co1.5合金的低频阻尼特性进行了研究 ,结果表明 :三元Ti4 9.2 Ni4 9.3No1.5合金由于温度和应力的作用发生相变而导致不同的阻尼特性 ,马氏体相 (M )、R相的阻尼高于母相(P) ,相变过程 (多相共存 )出现阻尼峰 (极大值 ) ,同时伴随有对应的弹性模量峰 (极小值 ) ;频率和振幅对相变阻尼及马氏体相阻尼影响较大 ,对母相阻尼影响较小 ,频率和振幅越高 ,相变阻尼峰越不明显 ;合金在升温过程中出现二次相变 (M→R→P) 。