NiTiNb记忆合金的温度记忆效应研究

为研究Ni_(51)Ti_(48.5)Nb_(0.5)(原子分数%)合金的温度记忆效应,通过熔炼、锻造、拔丝及固溶时效处理制备了NiTiNb合金丝材,利用差示扫描量热仪(DSC)、电阻等表征了样品的相变行为,并利用DSC研究了逆相变中断温度对再次正相变及再次逆相变的影响。结果表明,NiTiNb合金存在温度记忆效应。再次正相变过程中的相变路径,马氏体相变起始温度及再次逆相变中的过热温度均受到逆相变中断温度的影响,且存在一定的规律。

NiTiNb形状记忆合金的组织研究

应用金相显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜研究了NiTiNb形状记忆合金的组织特征。结果表明,对于850℃热轧的合金,合金存在织构, 基体是立方结构的NiTi相, 沉淀相主要是b-Nb相;850℃热轧后再在850℃ 1h退火,合金中的织构依然存在,基体还是立方结构的NiTi相,沉淀相却为b-Nb相、单斜Ti2Ni3相,其中b-Nb相占多数。最后指出,经过850℃热轧后,在850℃1h退火合金已开始再结晶。

NiTiNb形状记忆合金管接头的耐蚀性能

采用模拟环境腐蚀实验、电化学腐蚀实验,结合 SEM 等手段,研究了内脊型 NiTiNb 形状记忆合金(SMA)管接头在典型环境中的安全性和耐蚀性能．结果表明,在外加应力、腐蚀介质、航空油压以及高温烘烤等模拟环境因素的作用下,NiTiNb 合金管接头系统能安全可靠的工作,合金表面完整连续,耐蚀性能优良．电化学腐蚀测试表明该合金在NaCl溶液中具有良好的耐蚀性能,90℃时点蚀电位约为240 mV,腐蚀电流密度只有约30μA/cm^2．随着 NaCl 溶液温度的降低,合金的腐蚀电流密度变小．腐蚀电位正移,合金的耐蚀性提高．NiTiNb 合金在 NaCl 溶液中的电化学阻抗谱(EIS)由单一的容抗弧构成,这与表面生成了一层与基体紧密结合的致密 TiO_2保护膜有关,它对提高合金在溶液中的耐蚀性能有利．

超薄NiTiNb记忆合金激光焊焊缝成形及热影响区的组织和性能

采用Nd:YAG脉冲激光器实现了200μm厚热轧态Ni Ti Nb形状记忆合金的激光焊接,研究激光平均功率、激光脉宽和激光频率等主要工艺参数对焊接接头形貌的影响,分析了焊缝热影响区显微组织、力学性能的变化规律。结果表明:激光平均功率、激光脉宽和激光频率需要良好匹配才能获得较好性能的焊接接头。当激光平均功率为16.8 W、激光脉宽为4.5 ms、激光频率为4.5 Hz时,焊缝的抗拉强度最高,达到母材的95%。随着激光平均功率、激光脉宽的增加,焊缝热影响区的宽度先增加后减小。激光频率增加后,热影响区晶粒变粗。当频率为27Hz时,在靠近热影响区的焊缝出现了一个粗大树枝晶区域。母材断口的韧窝大而深,为典型的韧性断裂。焊缝断口的韧窝小而浅,呈鱼卵形。热影响区的显微硬度高于母材的,低于焊缝中心区域的。

Φ10mm NiTiNb形状记忆合金管接头数值模拟分析

采用数值模拟方法,研究了不同壁厚和内筋高度的NiTiNb形状记忆合金管接头径向应力与拉脱力随温度变化的定量关系。建立了能描述NiTiNb形状记忆合金管接头力学行为的本构方程,对径向应力与拉脱力进行了模拟计算,得到了NiTiNb形状记忆合金管接头在恒约束应变恢复过程中径向应力随温度的变化规律。采用数值模拟法分析了不同壁厚和内筋高度的管接头对径向应力的影响,掌握了拉脱力的变化规律,确定出NiTiNb形状记忆合金管接头最佳的壁厚和内筋高度。

“近单相”型NiTiNb形状记忆合金研究进展

NiTiNb形状记忆合金由于其独特的相变宽滞后特性而具有极大的工程便利性,但传统成分的Ni47Ti44Nb9合金由于含有大量的稀贵金属Nb而在一定程度上限制了其大规模的商业化推广。“近单相”型NiTiNb合金则属于一类低Nb含量的NiTi基形状记忆合金,其Nb含量相较于Ni47Ti44Nb9合金降低了1/2以上。该类合金不仅同样具备较优的形状记忆性能,同时也具备较宽的相变滞后,这些特征为其应用于实际工程提供了可能。“近单相”型NiTiNb合金虽然较早就已经出现,但近年来才逐渐受到人们的关注。在该合金中,由于大部分Nb元素主要以固溶态形式存在,使其既具有NiTi二元合金的优点,同时也具备NiTiNb宽滞后合金的部分特征。目前,人们对“近单相”合金的研究较多集中于微观组织、相变行为、力学性能以及形状记忆性能等多个方面。通过研究,人们已经基本掌握了“近单相”合金的特性和主要优势,而该合金低Nb含量的特性也为深入探讨Nb元素对合金相变行为和形状回复性能的影响机理提供了便利。基于现有研究,“近单相”合金中部分Nb元素可能以β-Nb相的形式存在,其数量不仅与Nb的绝对含量有关,也与合金中的Ni和Ti的原子比有关。由于β-Nb相的塑性变形不可回复,“近单相”合金优良的形状记忆性能主要归功于其较低的β-Nb相含量。虽然有学者证实了“近单相”合金在相变滞后方面的突出表现,并由此指出固溶Nb元素对相变滞后所起的关键作用,但研究亦表明低Nb合金的相变滞后尚不能完全达到Ni47Ti44Nb9合金的水平。此外,Nb含量的降低也可能对“近单相”合金的力学性能产生不利影响。因此,具备工程应用价值的“近单相”合金的Nb含量并不宜过低。本文整理了近年来人们在“近单相”型NiTiNb合金领域的研究成果,总结了该类合金在微观组织、相变行为、力学性能以及形状记忆效应等方面的特点,分析了其相较于传统高Nb合金的优势以及目前主要存在的不足,并对此类合金今后的改进和优化方向进行了展望。

Co掺杂对NiTiNb形状记忆合金组织和性能的影响

研究了Co掺杂对宽滞后NiTiNb合金的组织结构、相变行为、形状记忆效应和力学性能的影响。结果表明:Co的添加不仅有效抑制了NiTiNb合金中的(Ti,Nb)2Ni相的形成,同时还降低了合金的马氏体相变开始温度(Ms);掺Co在维持相变滞后(111℃)较高水平的情况下,使NiTiNb合金的屈服强度、延伸率、恢复力和最大恢复率分别从320MPa、20%、434MPa和5.3%增加到460MPa、24.5%、486MPa和7.8%。因而合金化是提高NiTiNb合金强度和恢复力的一种有效方式。

NiTiNb合金等径角挤压时的变形行为及微观组织演变规律研究

研究了等径角挤压(ECAP)对NiTiNb合金的变形行为和微观组织演变规律,并分析了挤压道次对组织的影响。结果表明,挤压过程中载荷先增大后迅速降低,4道次变形后,(Ti,Nb)2Ni硬脆相完全消失。此外,TiNi基体相经ECAP变形后明显细化。

NiTiNb形状记忆合金的应力松弛研究

为了解NiTiNb形状记忆合金的高温松弛性能,进行了高温下的松弛试验。由应力松弛与蠕变的关系,推导得到松弛曲线表达式。通过实验数据回归,发现松弛曲线表达式与实验结果吻合良好,并得到了表征材料抗松弛性能的材料松弛特征系数和剩余应力比。结果表明,温度越高,初始应力越大,应力松弛越明显;当温度在300～400℃,初始应力在260～360MPa时,NiTiNb的应力松弛很小;在高温下NiTiNb的抗松弛性能优于NiTiFe,更适合于高温下使用。

时效温度对NiTiNb_9合金相变温度及微观组织的影响

采用DSC、SEM等方法,研究了时效温度对马氏体相变及其逆相变温度、相变滞后、平均相变焓以及微观组织的影响。结果表明:在300～400℃,NiTiNb9合金存在一个敏感时效温度,在这个敏感温度区间处理,其相变温度会发生突变,而在这个敏感温度之前或之后的温度区间,NiTiNb9合金的相组成基本保持不变。微观组织分析表明,NiTiNb9合金在时效过程中析出的一些细小的β-Nb相颗粒,会形成应力场抑制马氏体的形核和长大,从而使得马氏体相变温度降低;与此同时,由于Nb元素的扩散,部分Nb将取代基体相中的Ni位置,引起基体中Ni/Ti原子比的微小变化,从而使马氏体相变温度发生变化。

NiTiNb-SMA丝主动加固RC圆柱抗震性能试验

为研究国产镍钛铌形状记忆合金(NiTiNb-SMA)丝主动约束加固钢筋混凝土墩柱的抗震性能,完成了3个墩柱试件的拟静力试验.基于试验现象和水平力-位移曲线,对比分析了各试件的骨架曲线、承载力和延性、强度退化、累计耗能、残余位移等性能指标.结果表明:热激励NiTiNb-SMA丝能有效地为墩柱提供主动约束应力,减轻墩柱的损伤,并提高墩柱的延性和耗能能力,对比原试件,NiTiNb-SMA丝对试件主动加固后的位移延性系数和累计耗能分别提高了27.8%和10.4%;有效减缓了墩柱的强度衰减,减小了墩柱的残余位移.

NiTiNb/TC4异种材料激光微焊接头裂纹研究

NiTiNb/TC4异种材料激光焊时,焊接接头的裂纹敏感性很强,在较小激光功率时,焊缝就出现了裂纹,通过改变激光功率无法消除接头裂纹。通过填加Ti丝来调节接头中Ti的含量来减小Ti2Ni的生成,从而控制接头裂纹的生成。研究表明,当加入Ti丝后,在不同激光功率下,接头成形良好,焊缝中存在微细裂纹;在NiTiNb侧存在宽10μm的Ti2Ni过渡区,TC4侧结合良好;当激光频率为3Hz、激光脉宽为4.5ms、激光平均功率为13.6W时,接头最大抗拉强度达447MPa。

NiTiNb形状记忆合金管接头研究

研究了一种飞机低压系统管路用形状记忆合金管接头。对管接头结构设计、过盈量和装配间隙等参数选择、防渗漏等进行了较系统地研究。对管接头进行了气密、爆破、低温、高温、温度冲击和振动试验。结果表明研究的NiTiNb形状记忆合金管接头具有较高的可靠性、安装简单、在室温下可以长期储存 ,可以在 - 5 5～ 12 5°C温度范围内、工作压力 0 6 2Mpa以下的管路上使用 ,与扩口管接头相比其数量减少了80 %、质量降低约 5 5 %、径向尺寸减少约 4 0 %。

预处理对NiTiNb合金充氢行为的影响

利用DSC等研究手段,探讨了电解充氢环境下预应变和热处理制度对NiTiNb合金的相变行为及性能特征的影响。结果发现,相同充氢条件下随着预变形量的增大,充氢层体积增加,而心部具有可逆马氏体相变的体积减小。热处理温度的升高,会导致样品中充氢层的体积减小,能发生可逆相变的马氏体的体积增大,样品中的低温峰有向低温移动的趋势。热处理保温时间的延长,使得样品中的氢不断地向样品外部扩散,原来在电解充氢过程中不能可逆马氏体相变的部分得到恢复,而NbH化合物的体积则出现减小。

超微晶NiTiNb合金微观结构与演变(英文)

采用快淬法将NiTiNb记乙合金制备成超微晶薄带,晶粒尺寸为400nm～1.5μm,研究了晶粒的微观结构特征及演变过程。结果显示,NiTiNb薄带的微观组织由NiTi和少量的氧化物或碳化物颗粒组成,组织中无富Nb相。富Nb相在高温退火时析出,退火前后的薄带均不发生马氏体转变。

几种Ag基钎料钎焊NiTiNb形状记忆合金的接头组织及性能

采用AgCuInTi、AgCuTi和AgCuPd三种钎料对NiTiNb形状记忆合金进行真空钎焊,对应的钎焊温度分别为780℃、880℃和980℃,获得了冶金质量良好的接头。微观分析结果表明,三种接头的中心区域均生成了Ag基固溶体,在该固溶体区与NiTiNb母材之间生成了灰黑色扩散反应层,其中AgCuInTi和AgCuTi钎料对应接头的反应层中生成了(Cu,Ni)Ti化合物相,而AgCuPd钎料对应接头的反应层中生成了(Cu,Pd,Ni)-Ti相。测试三种钎料对应接头的室温抗拉强度,强度最高的是AgCuPd钎料对应接头,平均值达到593 MPa;其次为AgCuInTi钎料对应接头,抗拉强度为528 MPa;强度最低的是NiTiNb/AgCuTi/NiTiNb接头,平均值为459 MPa。保温时间对NiTiNb/AgCuInTi/NiTiNb接头微观组织及强度影响较小。分析接头断口发现,断裂主要发生在性能薄弱的(Cu,Ni)Ti相区或(Cu,Pd,Ni)-Ti相区。

多向锻造对NiTiNb9合金组织和形状记忆效应的影响

对Ni Ti Nb9合金进行了不同道次的多向锻造,研究了晶粒尺寸大小、第二相分布的变化,以及其对合金硬度和形状记忆效应的影响。结果表明：Ni Ti Nb9合金经过不同道次的多向锻造后,组织和硬度都发生了改变,合金硬度随着多向锻造道次的增加而增大;经3道次多向锻造后,合金晶粒呈纤维状,晶粒度最小,第二相分布最均匀,形状记忆效应最优良。

凝固冷却梯度对铸态NiTiNb形状记忆合金微观组织和马氏体相变的影响

通过真空感应熔炼辅以石墨铸模冷却的方法制备了NiTiNb合金铸锭。由于石墨铸模出色的导热能力,在合金凝固过程中自下而上形成了一定的冷却梯度。采用光学显微镜(OM)以及高分辨扫描电子显微镜(SEM)等手段对铸锭不同位置的微观组织进行了表征研究,并利用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)对比分析了各位置的组成相以及马氏体相变特征。结果表明,凝固过程的冷却梯度对合金微观组织和相变行为具有明显影响。冷速较快的部位枝晶组织较为细小,而冷速较慢的部位则枝晶粗大。凝固冷却梯度虽然不会改变合金的组成相类别,但会对β—Nb相含量以及Nb元素在NiTi基体相中的固溶量造成影响,较快的冷却速度将会减少合金中的β—Nb相,同时增加Nb在NiTi相中的固溶水平。此外,冷速较快的部位其相变曲线峰型具有窄和高的特征,相变滞后也相对更宽。

热处理温度对NiTiNb_5相变温度和组织的影响

采用差式扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)和金相显微镜,研究了新型材料NiTiNb5合金经200～900℃热处理后的相变温度、相变滞后(As-Ms)、相变焓以及微观组织的变化。结果表明,当热处理温度低于700℃时,不论是锻态还是轧态,合金都没有出现马氏体及其逆相变,表明铸态NiTiNb5形状记忆合金经锻造或轧制后不再具有形状记忆效应,转变成结构材料;当热处理温度提高到800℃后,NiTiNb5合金锻态或轧态又出现较明显的马氏体及其逆相变,表明NiTiNb5合金经过合适的热处理,恢复了形状记忆效应。组织分析表明,800℃后的再结晶是NiTiNb5合金恢复"功能材料"特性的主要原因。