La_(2)O_(3)掺杂铁基记忆合金涂层组织与性能研究

为了探究La_(2)O_(3)对激光熔覆形状记忆合金涂层组织和性能的影响,采用宽带激光熔覆技术在42CrMo中碳钢表面制备了掺杂La_(2)O_(3)的Fe17Mn5Si10Cr5Ni形状记忆合金复合涂层,通过表征得到了La_(2)O_(3)对复合涂层的显微组织、维氏硬度、耐磨性、耐蚀性和表面残余应力的影响结果。结果表明,La_(2)O_(3)显著降低了晶粒尺寸,掺杂质量分数w=0.009时,晶粒尺寸达到最小值3.03μm,而复合涂层具有最大硬度454.7 HV 0.2,磨损量最低;并得到最低的自腐蚀电流为4.287×10^(-7)A/cm^(2),最高的自腐蚀电位为-0.843 V,涂层保护率达到94.83%,La_(2)O_(3)明显提高了涂层的耐腐蚀性能;此时涂层的残余应力由拉应力转变为压应力,并在Fe-Mn-Si/La_(2)O_(3)产生的最大残余压应力值为-378 MPa。此项研究为低应力高性能激光熔覆涂层的开发和推广提供了实践参考。

不锈钢表面激光熔覆原位生成Fe-Mn-Si记忆合金涂层研究

利用5 kW横流CO2激光器,在304不锈钢表面激光熔覆原位生成Fe17Mn5Si10Cr4Ni记忆合金涂层并利用金相显微镜、场发射扫描电镜、X射线衍射仪、往复摩擦仪等仪器设备对熔覆层显微组织、微区成分、摩擦磨损性能进行了分析研究。结果表明,Fe-Mn-Si记忆合金涂层自顶端到熔合界面分别由等轴晶、树枝晶、柱状树枝晶、胞状晶和平面晶组成;激光熔覆原位生成Fe-Mn-Si记忆合金涂层过程中,熔覆层内残余应力驱动诱发了γ→ε马氏体相变,相变变形可松弛熔覆层的残余应力;Fe-Mn-Si记忆合金涂层与304不锈钢基材相比,摩擦系数小、耐磨性好,磨损机制为磨粒磨损,摩擦力诱发γ→ε马氏体相变是熔覆层耐磨性得到显著提升的根本原因。

Fe-Mn-Si记忆合金激光熔覆层残余应力的数值模拟

为分析Fe-Mn-Si记忆合金熔覆涂层的应力分布情况,利用ANSYS有限元分析软件数值模拟该涂层的温度场及应力场。模拟结果表明,当激光熔覆涂层完全冷却后,其末端基体中间区域的横向残余应力表现为残余压应力;从基体中部向两侧移动,残余压应力逐渐变为残余拉应力;沿激光扫描方向,熔覆涂层的纵向残余应力依次为压应力→拉应力→压应力。

Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层残余应力模拟与测量（英文）

为制备低残余应力涂层,在304不锈钢表面激光熔覆Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层。采用ANSYSTM有限元分析软件分析其应力场,利用机械钻孔法测量相同工艺条件下的激光熔覆试样的残余应力分布特性对模拟结果进行验证,并采用XRD分析Fe-Mn-Si记忆合金涂层低残余应力机理。结果表明,激光熔覆产生的应力诱发Fe-Mn-Si记忆合金各涂层γ→ε马氏体转变,将残余应力释放,得到低残余应力涂层。在受到各道激光照射(光斑接近至远离)过程中产生的热应力交替呈现为"拉-压-拉"应力状态,越远离激光热源中心,热应力越小;冷却完成后,激光涂层上残余应力表现为拉应力,最大应力位于基体与涂层交界处;在垂直与平行于激光熔覆两个方向上,涂层中的残余应力均呈现两侧大中间小的分布规律,在厚度方向上,熔覆涂层表面至涂层中心残余拉应力逐渐增加到最大值后,过涂层中心至熔化边界残余拉应力的数值开始逐渐降低,过涂层边界后,基体承受压应力并逐渐趋于零应力应力状态。

快速凝固对Fe-Mn-Si系形状记忆合金组织和性能的影响

研究了快速凝固对Fe-Mn-Si系形状记忆合金组织和性能的影响。结果表明,快速凝固由于大大细化了组织,从而导致合金屈服强度提高,同时,快速凝固试样内部容易产生较多的α′马氏体,这种预存的马氏体也有助于提高基体的强度,从而抑制不可逆塑性变形的产生,让更多的变形由应力诱发ε马氏体来承担,和轧制试样相比,形状记忆效应约提高13%～200%;快速凝固试样由于晶粒细小,晶界多,可供ε马氏体形核的位置也较多,所以ε马氏体长得比较细小,也容易发生交叉穿越的现象。

Fe-Mn-Si形状记忆合金低温松弛机理

采用X射线衍射、透射电镜以及恢复力测量,研究了Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni合金的低温松弛性能.结果表明,实验合金的低温松弛十分严重,恢复力在-60℃时较室温下松弛了57.17％.低温松弛后实验合金组织中存在较多的ε和α＇马氏体,这些ε和α＇马氏体主要是由应力诱发产生的.温度降低相变驱动力增大,在恢复力的作用下发生应力诱发ε和α＇马氏体相变是导致Fe-Mn-Si合金低温松弛的根本原因,诱发的ε和α＇马氏体量越多,松弛程度就越高.

X射线衍射法测定Fe-Mn-Si形状记忆合金层错几率的研究

Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ合金的形状记忆效应来源于马氏体相变，而马氏体相变则通过奥氏体内形成每隔一层｛１１１｝面上的堆垛层错来完成。与层错能相关的层错几率可能控制马氏体的相变机制。本文根据Ｗａｒｅｎ的衍射理论，用Ｘ射线衍射峰位移和峰宽化两种方法测定了Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ合金的层错几率，其结果表明随锰含量增加，层错几率降低。本文着重对提高衍射峰位移和峰宽化两种测定方法的精度及其影响因素进行详细的研究。

Fe-Mn-Si系形状记忆合金研究近况

Fe-Mn-Si系形状记忆合金因其很好的可加工性和低廉的价格而备受关注。综述了该系形状记忆合金最近的研究工作,包括相变机制、影响因素,着重是提高和改善Fe-Mn-Si系合金性能的途径。主要通过选择合适的合金成分配比和摸索恰当的制备工艺来提高和改善Fe-Mn-Si系合金性能,叙述了该合金系不同合金元素和制备工艺对形状记忆效应的影响。

Fe-Mn-Si形状记忆合金耐磨性的研究

采用真空中频熔炼炉制备Fe-16.86Mn-4.50S i-10.30Cr-4.20N i试验合金,在M-200型摩擦磨损试验机上评价其在干摩擦和油润滑条件下的磨损性能,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察和分析试验合金的磨损表面及其磨损机理.结果表明,试验合金在油润滑条件下的耐磨性显著高于干摩擦下的耐磨性,而且其磨损量并不随载荷增加而增大,如当载荷300 N时的磨损量比100 N时的磨损量小.同1Cr-18N i-9Ti不锈钢的耐磨性相比,在干摩擦下试验合金的耐磨性较差,而在油润滑下的耐磨性较好.在油润滑下试验合金的磨损表面存在大量ε马氏体,而在干摩擦下其磨损表面没有ε马氏体,由于摩擦力诱发γ→ε马氏体相变导致Fe-Mn-S i合金在干摩擦和油润滑条件下具有不同的磨损机理,从而使得合金在油润滑下具有优良的耐磨性.

Fe-Mn-Si记忆合金中应力诱发γ→εM的相变机制

通过高分辨透射电镜观察得知,Fe-25%Mn-4.5%Si-1%Cr-2%Ni形状记忆合金中母相γ的亚结构主要是平行分布的、不同程度重叠的层错。母相的这一亚结构特征决定随应力诱发相变进行的程度不同,可分别形成单片状和多层状两类不同形态的ε马氏体(εM),这由透射电镜观察得到了证实。这两类不同形态εM的逆相变特征亦不相同,单片状εM在逆相变时能保持较好的晶体学可逆性,有利于形状记忆效应,而多层状εM由于受到层间界面的制约,逆相变后残留下较多晶体缺陷,对形状恢复不利。

预应变对Fe-Mn-Si记忆合金中应力诱发εM形态的影响

利用拉伸试验方法测定了Fe-25%Mn-4.5%Si-1%Cr-2%Ni合金预应变对可恢复应变量的影响,并用X射线衍射分析方法考察了应力诱发ε马氏体(εM)体积分数随预应变量的变化关系。结果表明,当预应变大于5%而小于8%时,尽管应力诱发ε马氏体量仍然随预应变的增大而增多,而可恢复应变量却在预应变超过5%后随之迅速降低。利用透射电子显微镜对不同变形量试样中应力诱发εM形貌进行观察得知,预应变量由小及大,诱发出的εM形态变化很大,从而对记忆效应产生不同的影响。

医用镍钛形状记忆合金羟基磷灰石涂层的制备及其生物活性

背景:目前多采用等离子喷涂技术在钛及其合金表面涂覆羟基磷灰石涂层,制备成复合材料。但由于羟基磷灰石与钛合金基体的热膨胀系数相差较大,涂层在冷却过程中易产生脱落。目的:在医用镍钛形状记忆合金表面制备致密、均匀的羟基磷灰石生物陶瓷涂层,利用动物实验考查镍钛/羟基磷灰石涂层材料的生物相容性。方法:利用阴极旋转法在低温条件下从含钙、磷离子的电解水溶液中在镍钛形状记忆合金表面沉积了磷酸钙涂层,经碱处理获得羟基磷灰石涂层。分析工艺参数对涂层结构的影响。利用动物植入实验对该复合材料的生物活性进行研究,并与镍钛/羟基磷灰石与Ca3(PO3)2?2H2O混合涂层复合材料、医用镍钛形状记忆合金、医用钛合金进行对比。结果与结论:电化学沉积-碱处理方法适合在镍钛形状记忆合金表面制备羟基磷灰石生物活性陶瓷涂层,沉积电压、温度对涂层结构有强烈影响。4种不同材料植入动物体内后周围均出现不同程度的组织增生,在骨膜组织切片中都可见软骨细胞且有骨小梁形成,涂覆有羟基磷灰石涂层的植入材料组织反应较轻,相应的组织切片中所显示出的软骨细胞、骨小梁数量最多,分布均匀,表明羟基磷灰石涂层提高了医用镍钛形状记忆合金的生物活性。

Fe-Mn-Si基形状记忆合金的奈尔温度(T_N)对马氏体相变的影响

用静电音频内耗仪测量了 Fe- 30 .3Mn- 6 .1Si,Fe- 2 9.0 5 Mn- 6 .2 7Si- RE,Fe- 2 6 .4Mn- 6 .0 2 Si- 5 .2 Cr形状记忆合金在 15 0～ 6 0 0 K温度范围的内耗及模量变化 ,确定了三种合金的 TN 温度及 MS温度 ,通过计算 ε→ γ相变内耗峰的面积 ,研究了奈尔温度 TN 对 γ→ ε马氏体相变的影响 .结果表明 :合金成分显著地影响 TN 温度 ,其中 RE和 Cr均降低 TN 温度 .随着 TN 温度的降低 ,MS- TN 温度差增大 ,TN 温度对马氏体相变的抑制作用降低 ,使马氏体形成量增加 ,进而使 ε→ γ相变峰的面积即逆相变量增大 .

Fe-Mn-Si形状记忆合金的应用研究现状及展望

Fe-Mn-Si形状记忆合金具有原料丰富、价格低廉、力学性能好、使用方便等优点,在工程中具有广阔的应用前景.本文对Fe-Mn-Si形状记忆合金国内外应用研究的现状进行了综述,介绍了Fe-Mn-Si形状记忆合金在紧固连接以及智能混凝土等方面的应用,并对其在工程应用中的发展方向做了展望.

Fe-Mn-Si基形状记忆合金记忆效应的研究现状

Fe-Mn-Si形状记忆合金具有原料丰富、价格低廉、力学性能好、切削性能好等优点,具有广阔的应用前景。对Fe-Mn-Si基形状记忆合金的记忆机理研究进行了介绍,着重讨论了Mn、Si、Cr、Ni含量对记忆效应的影响,并对现有提高形状记忆合金记忆效应的方法进行了总结。介绍了Fe-Mn-Si形状记忆合金在工程中的实际应用,指明了未来的研究方向。

NiTi形状记忆合金表面电化学沉积碱处理制备HA生物活性涂层

采用电化学沉积 碱处理 ,在低温条件下从含钙和磷离子的电解水溶液中在NiTi形状记忆合金表面沉积了磷酸钙涂层 ,经碱处理获得羟基磷灰石 (HA)涂层 .对涂层的组织形貌和相组成进行了分析 ,并研究了实验工艺对涂层结构的影响 .研究结果表明 ,电化学沉积涂层CaHPO4 ·2H2 O经碱处理后转变为羟基磷灰石 ;对试样进行表面处理 ,同时在电解液中加入有机溶剂得到的涂层更均匀。

多孔形状记忆合金表面羟基磷灰石涂层的沉积

燃烧合成法制备的多孔Ti50Ni48Fe2形状记忆合金具有三维连通的孔隙结构,其平均孔隙尺寸约为350μm。采用化学法即酸液和碱液处理后在模拟体液中浸泡一定时间可在多孔形状记忆合金表面沉积出羟基磷灰石涂层.

激光焊对Fe-Mn-Si系形状记忆合金焊缝区组织和性能的影响

研究了激光焊对Fe-Mn-Si系形状记忆合金焊缝区组织和性能的影响,结果表明,激光焊焊缝区组织显著细化,大大提高基体的强度,同时,由于激光焊焊缝过冷度大,容易产生较多的层错,这些层错有利于应力诱发ε马氏体形核,从而显著提高焊缝区的形状记忆效应,和母材相比,提高幅度达40%-178% 左右;在模拟油田介质情况下,激光焊焊缝耐腐蚀性能高于母材,这是因为,激光焊焊缝组织细小均匀,在腐蚀过程中产生钝化现象,同时也降低了腐蚀电池的电位差,从而降低了合金的腐蚀速度,提高耐腐蚀性能.

循环载荷下TiNi记忆合金涂层表面裂纹扩展驱动力分析

TiNi记忆合金在一定温度范围内具有超弹特性(SE)的重要力学特征。把TiNi合金作为涂层材料可以有效地增强涂层的抗裂能力,延长涂层的使用寿命,是一种具有良好应用前景的功能涂层材料。本文通过数值模拟分析了循环载荷下TiNi记忆涂层表面裂纹的力学响应,研究了裂尖应力应变场及相应的裂纹扩展驱动力,并与常规涂层进行了对比分析,为TiNi记忆涂层的工程应用提供了一定的力学基础。

基于形状记忆合金的再制造涂层自修复研究

形状记忆合金以其特有的形状记忆效应和超弹性成为人们广泛关注的新型功能材料。主要介绍了形状记忆合金的工作原理及分类,就国内外已经取得一定成果的形状记忆合金用于监测及自修复的现状及其原理加以介绍。探讨了形状记忆合金的力学性能随温度、应变幅值的变化情况及常温下合金轴向应变与电阻变化率之间的关系,进而为其应用于自修复提供理论支持。最后,展望了其应用于再制造涂层自修复中的前景,并分析了亟待解决的问题。