Ti-Ni基形状记忆合金的特性和应用研究进展

Ti-Ni基形状记忆合金具有优异的性能,已在机械电子、航空航天、建筑工程、生物医疗及日常生活等领域得到广泛应用。近年来,对该合金特性及应用的研究取得了很大发展。论述了Ti-Ni基形状记忆合金的形状记忆效应、超弹性、高阻尼特性的种类、机制、影响因素及应用的研究进展,指出了该合金的发展方向,提出了该研究领域今后的研究重点和需进一步解决的问题。

Ti-Ni基形状记忆合金的特性及其影响因素研究进展

Ti-Ni基形状记忆合金因具有优异的形状记忆效应、超弹性、高阻尼特性和生物相容性而得到了广泛应用。近年来,对该合金特性及其影响因素的研究取得了很大进展。本文论述了Ti-Ni基形状记忆合金形状记忆效应、超弹性、高阻尼和生物相容性及其影响因素的研究进展,指出了该领域今后的研究重点和需进一步解决的问题。

不同加工态Ti-Ni基形状记忆合金相变、形变特性研究进展

综述了近年来有关化学成分和热处理工艺对Ti-Ni基形状记忆合金(SMA)相变、形变特性影响规律的研究进展,介绍了弹簧、薄膜、多孔、复合及单晶等不同加工态形状记忆材料及其特性的研究现状,指出了该研究领域今后的发展方向。通过加入适当的合金元素并选择合理的热处理工艺,可有效改变Ti-Ni基SMA的相变温度和相变热滞,进而可获得所需的形状记忆效应或超弹性特性。纤维化、薄膜化、多孔化、复合化是Ti-Ni基SMA今后的发展趋势。

Ti-Ni基形状记忆合金的特性及应用研究进展

Ti-Ni基形状记忆合金(SMA)具有优异的形状记忆效应、超弹性、髙阻尼性、生物相容性、射线不透性、比强度高、无磁性及耐磨损等性能,得到了广泛应用。综述了Ti-Ni基SMA的特性及其在医疗器械、土木工程、汽车工业、石油工程及日常生活中应用的研究进展,指出了该合金今后的发展方向。

Ti-Ni基形状记忆合金的加工工艺及应用研究进展

近年来,Ti-Ni基形状记忆合金的加工工艺研究得到了很大发展。综述了用熔炼、锻轧、拉丝等方法制备Ti-Ni基形状记忆合金工艺技术的研究进展,论述了合金的形状记忆效应、超弹性、生物相容性和高阻尼性及其在土木工程、生物医学、机械制造、航空航天等领域的应用,指出了该合金加工技术今后的研究重点和发展方向。

退火和时效工艺对富镍Ti-Ni形状记忆合金显微组织和相变行为的影响

为了给富镍Ti-Ni形状记忆合金热处理工艺的优化提供依据,以Ti-50.8Ni合金丝为对象,用光学显微镜、透射电子显微镜和示差扫描量热仪研究了退火和时效工艺对富镍Ti-Ni合金显微组织、相变类型、相变温度和相变热滞的影响规律。Ti-50.8Ni合金丝经350~800℃+5~120 min退火处理后,随退火温度和时间增加,合金发生回复、再结晶和晶粒长大过程,再结晶温度在600℃左右,显微组织形态由纤维状向等轴状变化;冷却/加热相变类型由B2→R→B19′/B19′→R→B2型向B2→R→B19′/B19′→B2型向B2→B19′/B19′→B2型转变(B2-母相,CsCl型结构;R-R相,菱方结构;B19′-马氏体相,单斜结构);R相变温度θ_(R)先升后降,极大值35.2℃在400℃退火态合金中取得;马氏体(M)相变温度θ_(M)升高,M相变热滞Δθ_(M)降低,R相变热滞Δθ_(R)约为4℃。该合金经300~500℃+0.5~50 h时效处理后,随时效温度和时间增加,合金中Ti3Ni4析出物形貌由细小颗粒状→针状→粗片状变化;300℃和500℃时效态合金的相变类型分别为B2→R→B19′/B19′→R→B2和B2→R→B19′/B19′→B2,400℃时效态合金的相变类型由B2→R→B19′/B19′→R→B2型向B2→R→B19′/B19′→B2型转变;θ_(R300)、θ_(R400)、θ_(R500)、θ_(M300)和θ_(M500)升高;θ_(M400)先降后升,极小值-121.4℃在400℃+1 h时效态合金中取得;Δθ_(M300)和Δθ_(M400)先升后降,极大值70.5℃和129.4℃分别在300℃+5 h和400℃+1 h时效态合金中取得;Δθ_(M500)降低,Δθ_(R300)和Δθ_(R400)约为4℃。

Zr掺杂对Ti-Ni形状记忆合金相变、拉伸性能和循环超弹性的影响

为了开发超弹性优异的Ti-Ni基形状记忆合金(SMA),以600℃退火态Ti-50.8Ni和Ti-50.8Ni-0.1Zr(摩尔分数)SMA为研究对象,用示差扫描量热仪、XRD、SEM和拉伸试验研究了Zr掺杂对Ti-Ni基SMA相组成、相变行为、拉伸性能和循环超弹性的影响。结果表明:掺杂0.1%Zr不影响Ti-Ni SMA的组成相和相变类型,但降低马氏体相变温度(t_(M)),增加相变热滞(Δt),提高抗拉强度(R_(m)),降低伸长率(A),增强非线性超弹性稳定性。600℃退火态Ti-50.8Ni和Ti-50.8Ni-0.1Zr合金的室温组成相主要为母相B2,冷却/加热时发生B2→B19′/B19′→B2一步可逆马氏体相变;掺杂0.1%Zr后,Ti-Ni SMA的t_(M)降低了34℃,Δt增加了22℃,R_(m)增加了79 MPa,A降低了22%。随应力-应变循环次数增加,Ti-50.8Ni合金由部分非线性超弹性转变为线性超弹性,Ti-50.8Ni-0.1Zr合金则始终保持稳定非线性超弹性,两种合金的超弹性残余应变(ε_(R))和能量耗散(W_(D))均先降低后趋于稳定。随着循环应变速率的增加,Ti-50.8Ni合金的W_(D)和等效阻尼比先降低后趋于稳定;Ti-50.8Ni-0.1Zr合金的W_(D)和等效阻尼比先升高后趋于稳定。随循环应变幅值的增加,Ti-50.8Ni和Ti-50.8Ni-0.1Zr合金的W_(D)和等效阻尼比皆升高。

形状记忆合金纤维与高延性水泥基复合材料基体的界面粘结性能的影响

针对形状记忆合金(SMA)纤维端部形式、直径、深径比(粘结长度/纤维直径)3个因素设计制作了5组试件,通过位移控制加载进行拉拔试验,分析了破坏形态、拉拔应力-应变曲线、平均粘结强度以及纤维利用率等性能,并比较了各因素对其与高延性水泥基复合材料(ECC)粘结力学性能的影响。基于试验结果,对SMA纤维在ECC中的破坏模式和粘结-滑移机理进行分析。结果表明,SMA纤维拉拔应力-位移曲线分为弹性阶段、脱粘阶段、马氏体相变阶段以及马氏体硬化阶段,直型端部SMA纤维直径和深径比的增大均会降低界面间粘结力,而N型端部SMA纤维端部锚固力能够有效改善界面间粘结性能和提高纤维利用率。

NiTi基形状记忆合金驱动器的研究进展

NiTi基形状记忆合金(SMA)驱动器存在驱动频率低、能耗高及控制精度不高的问题。综述了NiTi基SMA驱动器、一维宏观本构模型的研究进展,并提出了驱动器研究优化的方向,即异质多段型SMA驱动器的结构和制备工艺研究、传热状态的多参数宏观模型仿真及控制技术研究。

NiTi形状记忆合金纤维与工程水泥基复合材料界面粘结-滑移的本构关系

通过循环拉拔试验研究了形状记忆合金(SMA)纤维与工程水泥基复合材料(ECC)的粘结性能及其粘结滑移本构模型。在位移控制循环加载过程中,考虑SMA纤维直径、纤维末端形状和粘结长度的影响,获得拉伸应力位移曲线及粘结应力滑移曲线,结果表明:打结型端头可以为SMA纤维提供充足锚固力,其最大拉伸应力可达1039.7 MPa,分别为弯钩型端头、直型端头的2.69、6.97倍;增加SMA纤维与ECC的粘结长度会降低纤维最大拉伸应力,提高SMA纤维的延性;增大SMA纤维直径可使纤维最大拉伸应力增加,且延性也会增加,纤维更不易断裂;将SMA纤维与ECC的本构模型分为不充分锚固及充分锚固2类分别提出本构关系,试验曲线与拟合曲线基本吻合。

NiTi基形状记忆合金增材制造技术研究进展

NiTi基形状记忆合金具有优异的耐蚀性、生物相容性和形状记忆效应,应用非常广泛。增材制造技术能直接成形具有复杂形状的NiTi基形状记忆合金构件。目前可用于制备NiTi基形状记忆合金的增材制造技术有电子束熔炼、激光熔融沉积和选区激光熔炼。影响采用增材制造技术制备的NiTi基形状记忆合金性能的因素有增材制造工艺、化学成分和显微组织等。

Ti-Ni形状记忆合金性能及应用研究进展

综述了近年来Ti-Ni形状记忆合金(SMA)的形状记忆效应、超弹性效应、温度记忆效应、生物相容性、耐磨性、阻尼及电阻特性等的研究进展;论述了Ti-NiSMA在机械工程、生物医学及建筑工程领域和日常生活中的应用,并对今后的研究方向进行了展望。

添加Co对Ti-Ni形状记忆合金组织和性能的影响

以400和600℃退火态Ti-49.8Ni和Ti-49.8Ni-1.0Co合金为对象,用示差扫描热分析仪、光学显微术、X射线衍射仪和拉伸试验研究了添加Co对退火态Ti-Ni形状记忆合金相变、组织和形状记忆行为的影响。结果表明,400℃退火态Ti-49.8Ni和Ti-49.8Ni-1.0Co合金冷却时皆发生A→R→M(A-母相,R-R相,M-马氏体)两阶段相变;加热时Ti-49.8Ni合金发生M→A一阶段相变,Ti-49.8Ni-1.0Co合金发生M→R→A两阶段相变;600℃退火态Ti-49.8Ni和Ti-49.8Ni-1.0Co合金冷却加热时皆发生一阶段AM相变。400℃退火态Ti-49.8Ni和Ti-49.8Ni-1.0Co合金的组织呈纤维状,塑性较差;600℃退火态合金的组织呈等轴状,塑性良好。Ti-49.8Ni合金室温组成相为马氏体,呈形状记忆效应;Ti-49.8Ni-1.0Co合金的室温组成相为母相B2,呈超弹性特性。退火时间对Ti-Ni合金的组织和性能影响不大,合金的相变温度随退火时间延长缓慢升高。形变温度显著影响Ti-Ni合金的超弹性特性,随形变温度升高合金的超弹性应力增加,超弹性滞回面积减小。

生物医用多孔Ti-Ni形状记忆合金的

综述了多孔Ｔｉ－Ｎｉ形状记忆合金的发展历史、制备技术、生物相容性、力学性能及其应用等方面的研究进展一种用于人体硬组织修复和替换的新型生物医用材料一多孔Ｔｉ－Ｎｉ形状记忆合金，由于其多孔结构及独特的形状记忆与伪弹性、优良的生物相容性和力学性能等特点，伴随其制备工艺的改进，已经引起世界各国科学家的极大关注。

高性能Cu基形状记忆合金组织设计研究进展

Cu基形状记忆合金以其良好的形状记忆性能、优秀的导电导热性能、相变温度可调范围宽以及价格低廉等诸多优点,成为具有重要发展前景的一类形状记忆合金。但普通多晶组织Cu基形状记忆合金在应用时存在塑性差、易发生晶界开裂、疲劳寿命短、马氏体相变临界应力低等问题,严重制约了其应用范围,通过合理的组织设计可有效解决这些问题。综述了近年来高超弹性、高马氏体相变临界应力Cu基形状记忆合金组织设计方面的研究进展。研究发现,按照获得具有高相变应变的晶粒取向、获得大的晶粒尺度、获得平直的低能晶界等组织设计原则制备的竹节晶组织和柱状晶组织Cu基形状记忆合金的超弹性可达到7%以上。再经热处理析出贝氏体强化相后,可获得超弹性大于5%,马氏体相变临界应力大于650 MPa的优秀性能。

Ti-Ni形状记忆合金薄膜的研究进展

综述了Ti-Ni形状记忆合金(SMA)薄膜的制备、特性及应用的研究现状。介绍了影响Ti-Ni SMA薄膜性能的相关因素及磁控溅射和熔体快淬两种Ti-Ni基SMA薄膜的制备方法,论述了Ti-Ni基SMA薄膜在微机电系统中的应用。最后,指出了Ti-Ni SMA薄膜存在的问题及今后的研究方向。

Cu基形状记忆合金的应用进展

形状记忆合金作为一种智能型功能材料,自1962年首次获得应用以来,在众多相关领域得到了越来越多的关注和应用。Cu基形状记忆合金以其良好的形状记忆性能、优秀的导电导热性能、相变温度可调范围宽以及价格低廉等诸多优点,成为具有重要发展潜力的一类形状记忆合金。近几年,智能系统的迅速发展和高性能Cu基形状记忆合金的开发较大的推动了Cu基形状记忆合金的应用。综述了近5年Cu基形状记忆合金在交通运输、机械制造、土木建筑、生物医疗等方面的最新应用实例,并对其未来发展方向进行了展望。

生理盐水中生物医用TiNi基形状记忆合金的腐蚀行为

采用电化学测试技术和化学浸泡试验对生物医用TiNi基形状记忆合金在生理盐水中的腐蚀行为进行了研究。结果表明,TiNi合金比TiNiCu合金阳极钝化区拓宽,孔蚀电位正移,腐蚀率减小。通过EDX分析和SEM观察发现,TiNi合金蚀孔内存在富Ti贫Ni的Ti2Ni析出相,而TiNiCu合金存在Cu原子富集的CuNi相,从而验证了这些析出相是萌生孔蚀的敏感位置。在生理盐水中TiNiCu合金的耐蚀性比TiNi合金劣,其原因是TiNiCu合金有较多的残余奥氏体及单斜和斜方的马氏体结构,存在不同晶体结构区域,造成电化学性质不均匀性,从而形成了腐蚀微电池,加速了活性溶解。

自蔓延高温合成Ti-Ni-Nb形状记忆合金的产物组织

采用自蔓延高温合成 (SHS)技术 ,进行 Ti- Ni- Nb形状记忆合金 (SMA)的燃烧合成试验。研究了粉末粒度、纯度和加热温度对热爆燃烧合成的产物组织的影响。结果表明 :纯度高的粉末 ,粒度细的铌粉和粒度适中的钛粉 ,有利于获得密度高和 (Ti,Nb) 2 Ni等杂相少的产物 ;当温度尚未达到热爆温度时 ,只能发生常规反应烧结 ;当达到热爆温度时 ,热爆的产物内存在着基体相 (Ti,Nb) Ni,杂相 (Ti,Nb) 2 Ni和由 β- Nb(Ti,Ni)与基体 (Ti,Nb) Ni形成的共晶相 ;在较高的热爆温度下 ,共晶相基本消失 。

TiNi基形状记忆合金薄膜研究进展

Ti Ni基形状记忆合金薄膜除具有和体材料相同的形状记忆特性外,还因表面积大、散热能力好,改善了体材料响应速度较慢的缺点,在微电子机械系统领域是一种具有广阔应用前景的材料。综述了近年来Ti Ni基形状记忆合金薄膜研究现状,并对其应用进行了评述。