Zr添加及冷轧形变对TiNi合金微观结构及力学性能的影响

采用真空电弧熔炼+吸铸制备Ti_(50-0.5x)Ni_(50-0.5x)Zr_(x)系列合金。金相观察和拉伸力学性能测试表明,添加微量的Zr可有效减小晶粒尺寸而呈现更高的抗拉强度和断后伸长率,过高的Zr含量易导致脆性金属间化合物Zr_(2)Ni的生成而降低力学性能。对Ti_(49.9)Ni_(49.9)Zr_(0.2)合金进行多道次冷轧形变和退火处理,结果表明:Ti_(49.9)Ni_(49.9)Zr_(0.2)合金的抗拉强度σb及断后伸长率δ均随冷轧退火道次的增加而提高,经过四道次的冷轧变形后,二者分别由未经轧制的561 MPa,11.14%提高到768 MPa,35.1%。SEM和TEM微观观察表明,冷轧过程中沿晶分布的硬质Ti_(2)Ni颗粒被剪切、破碎、细化,呈不连续分布。700℃退火处理后,形变组织发生回复再结晶,出现纳米晶和非晶区,且随冷轧形变的增加,基体中可见大量的板条状纳米孪晶组织和高密度位错。

工艺参数对TiNi合金/TC4钛合金超声波焊焊接接头形貌和力学性能的影响研究

采用超声波焊对镍和纯铝作为过渡中间层材料的Ti Ni记忆合金和TC4钛合金异种材料进行焊接,研究了不同工艺参数对TiNi/TC4异种金属焊接接头形貌和力学性能的影响规律。结果表明,Al中间层接头界面附近材料的塑性变形程度要远大于Ni中间层接头中的塑性变形,并且有大量的Al被挤出界面。焊接时间和压力对焊接接头的抗拉剪力有明显影响,接头的抗拉剪力随着焊接时间和焊接压力的增加先增大后减小。超声波焊接过程还会改变焊缝区材料的显微硬度,平行于结合面方向,焊核位置相比于未焊接的母材硬度有小幅度的增加,垂直于结合面方向,越接近结合界面,材料的硬度越高,但两者的增幅一般不超过10%。

TiNi合金的形状记忆效应及其工程应用研究进展

对TiNi合金形状记忆效应(SME)的特性、影响因素和工程应用的研究现状进行了综述。着重介绍了TiNi合金SME的特点及其工程意义,合金成分、热处理和加工工艺对SME的影响,以及TiNi合金在驱动器、连接器和紧固件制作,结构变形和开裂控制,结构振动主动控制等方面的应用,并就目前研究的不足以及该研究领域的发展方向提出了一些看法。

烧结温度对多孔TiNi合金微观结构和力学性能的影响

采用Ti、Ni纯元素混合粉末真空烧结技术制备了孔隙分布均匀且力学性能优良的多孔TiNi形状记忆合金(SMA),并利用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜及电子万能试验机研究对比了900、950、1000、1050、1100和1150℃6个不同烧结温度对合金微观结构和力学性能等的影响。结果表明,烧结温度是影响多孔TiNi合金性能的决定性因素,通过调节烧结温度可有效调节合金的相组成、孔隙特征和力学性能。随着烧结温度的升高,合金的次生相逐渐减少,相组成成分更加均一;致密度不断提高,由59%上升到62%,孔隙分布愈加均匀且孔隙形貌由多尖角形趋于球形化;抗拉强度由72.43MPa增加到160.12MPa,弹性模量从1.08GPa增加到1.32GPa。

影响TiNi合金弹簧应变恢复率的因素

采用示差扫描热分析仪（ＤＳＣ）、扫描电镜（ＳＥＭ）、拉伸试验及热循环试验系统研究了影响ＴｉＮｉ形状记忆合金（ＳＭＡ）弹簧热循环应变恢复率的因素。结果表明，贫镍ＴｉＮｉ合金弹簧比近等原子和富镍ＴｉＮｉ合金弹簧有较小的最大切应变（γｍ）和较低的热循环应变恢复率（η）。γｍ取值越大，ＴｉＮｉＳＭＡ弹簧的η衰减越快。预先热循环可增强ＳＭＡ弹簧热循环应变恢复率的稳定性。

超细晶TiNi合金电化学抛光表面的生物相容性

采用电化学抛光工艺对常规TiNi合金和超细晶TiNi合金的表面进行改性,分析经电化学抛光后其表面形貌、耐腐蚀性能、微动摩擦磨损性能和生物活性。结果表明:与常规TiNi合金电化学抛光表面相比,超细晶TiNi合金电化学抛光表面具有更多的小尺寸(纳米尺度)蚀坑、更优的抗模拟体液电化学腐蚀性能(后者的腐蚀速率是前者的1/5)、更小的摩擦因数、更好的耐磨性以及更高的生物活性(后者在模拟体液中Ca P层的生长速率是前者的2.8倍)。分析认为,以上性能变化是TiNi合金组织超细化使其晶体缺陷增多所致。

TiNi合金约束相变行为研究

研究了预变形TiNi合金应变约束态下的相变行为,结果表明:7％应变TiNi合金变形后第1次应变约束相变产生的恢复应力最大,逆相变开始温度A_s′(2)最高,随着约束相变循环次数的增加,合金中引入大量塑性变形,降低了TiNi合金的恢复应变,进而造成TiNi合金约束相变恢复应力最大值逐渐降低,但约束逆相变开始温度A_s'第2次相变循环开始,几乎恢复到合金变形前的原始值,且不随相变循环次数增加而改变。

Ti_3Ni_4析出相对富镍TiNi合金阻尼行为的影响

采用动态机械分析仪(DMA)、透射电镜(TEM)和示差扫描量热分析仪(DSC)等手段,系统地研究了时效处理对TiNi合金阻尼行为的影响规律及其微观机制。结果表明,第二相粒子对合金阻尼行为具有不同的影响。细小、弥散的Ti3Ni4相提高了TiNi合金相变过程中马氏体的阻尼值,粗片状的Ti3Ni4相对阻尼行为的影响较小。

微弧氧化对常规和超细TiNi合金表面性能的影响

研究微弧氧化-水热处理对常规TiNi合金和超细晶TiNi合金表面形貌、膜-基结合力和抗微动摩擦磨损性能的影响。结果表明:与常规TiNi合金微弧氧化涂层相比,超细晶TiNi合金微弧氧化涂层表面具有较高的n(Ca)/n(P)(0.85)、较低的摩擦因数(0.027)、较高的膜基结合力(10 N)、较高的抗微动摩擦磨损性(磨痕宽度0.27 mm);在经过48 h的水热处理后,超细晶TiNi合金微弧氧化涂层表面具有较高的n(Ca)/n(P)(1.79),接近标准HA的n(Ca)/n(P)(1.67);TiNi合金的组织超细化能大幅度提高TiNi合金微弧氧化-水热处理涂层表面的抗微动摩擦磨损性和表面活性。

冷轧TiNi合金的阻尼行为研究

研究了冷轧变形对TiNi合金阻尼行为的影响,探讨了冷轧变形影响阻尼特性的微观机制。结果表明,当应变振幅较低时,形变马氏体的阻尼值随频率的增加先急剧下降至一定值后趋于稳定;当应变振幅较高时,频率对阻尼值的影响较小;当振动频率一定时,形变马氏体的阻尼值随应变振幅的增加而下降至一定值,随振幅的继续增大其阻尼值趋于稳定。形变马氏体的高阻尼特性主要归因于外力作用下马氏体孪晶界面及位错的往复运动。

Cl^-浓度和pH值对TiNi合金腐蚀行为和Ni离子析出的影响

采用动电位循环伏安曲线法和原子吸收光谱法,研究了Cl-浓度和pH值对TiNi合金在NaCl溶液中的腐蚀行为和Ni离子析出速度的影响。结果表明,随着pH值的增高和Cl-浓度的降低,TiNi合金的抗腐蚀性能提高,Ni离子的析出速度降低。

落锤冲击下伪弹性TiNi合金固支梁的响应特性研究

主要通过实验并辅以数值计算,对伪弹性TiNi合金固支梁的落锤冲击响应进行了研究,目的是研究相变对结构动态响应的影响。结果表明固支梁在大质量块的低速冲击作用下,由早期的弹性弯曲波动响应,发展到整体结构响应。相变和相变铰的形成,改变了梁的行为,特别是相变的可逆性使梁在卸载后恢复原状,呈现出与传统理想弹塑性梁不同的响应特性。

PLGA携载紫杉醇涂层包被TiNi合金的表面特性与生物性能

系统研究了PLGA携载紫杉醇包被TiNi合金的表面特性与生物性能。采用原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了药物涂层的表面形貌及化学成分;采用高效液相色谱(HPLC)研究了在pH为7.4的PBS溶液中紫杉醇从TiNi合金表面涂层中释放特性,并通过血小板粘附试验研究了药物涂层的血液相容性。试验结果表明经涂覆后TiNi合金表面化学组成及结构随着载药量的增加而改变。紫杉醇在涂层降解初期释放较快,随着时间的延长,累积释放量增加缓慢。血小板粘附试验表明载药量为0%、10%、20%和30%时涂膜样品表面血小板粘附数量均小于未涂膜样品表面。而随着载药量的增加,涂膜样品表面粘附的血小板数量增加,血小板变形严重,当载药量为30%时,血小板出现明显的聚集现象。

氩气保护烧结多孔TiNi合金孔隙特征的研究

采用氩气保护烧结制备了多孔TiNi合金 ,并用图像分析的方法对其孔隙和孔隙率进行了研究。结果表明 :粉末粒度和压制压力影响压坯中的孔隙和粉末颗粒之间的结合 ,从而影响烧结产物的孔隙 ;烧结温度和烧结时间是影响多孔TiNi合金孔隙的重要因素 ;980℃烧结时孔隙形成发展过程分为三个阶段 :新孔形成、孔隙的聚集和孔隙的收缩 ,烧结 8h所得到的多孔TiNi合金的孔隙率较高 ;10 0 0℃下烧结 0 5h孔隙已经基本形成 ,延长时间孔隙率变化不大。

机械合金化法制备TiNi合金及其表征

采用机械合金化技术,分别以Ti,Ni及Cu纯元素粉末制备Ti50Ni50合金及Ti50Ni45Cu5合金。利用X线衍射仪(XRD)分析球磨时间、球磨转速以及第3组元Cu的加入对粉末的组成、衍射峰强度和晶格常数变化率的影响,通过扫描电子显微镜(SEM)观察不同条件下粉末的形貌。研究结果表明:随着球磨时间的延长,Ti和Ni的衍射峰强度降低,峰逐渐宽化并向低角度发生偏移;球磨8 h后,获得最大的Ni的晶格常数变化率,并使得粉末粒径最大程度地降低;适当提高球磨转速有利于合金化的进行,400 r/min的球磨转速能够使得Ni最强峰的衍射强度最大限度地降低,粉末粒径降低幅度达65 nm;在Ti和Ni中加入第3组元Cu后,合金化程度略增强。

长期约束条件下TiNi合金超弹性衰减研究

研究了在长期约束条件下TiNi合金超弹性的衰减规律,结果表明,超弹性衰减随时间呈类抛物线规律;约束应变越大,衰减量越大,约束应变较小时不发生明显衰减;应力-应变循环处理可显著降低超弹性衰减幅度。在阐明超弹性衰减规律的基础上,讨论了衰减机制。

超弹TiNi合金机敏摩擦学特性的有限元研究

采用有限元法、Vickers压痕和滑动磨损实验研究超弹TiNi合金在法向载荷作用下的机敏摩擦学特性。结果表明:超弹TiNi合金的弹性恢复量大于奥氏体不锈钢,在载荷为0.98 N时,其弹性恢复量是不锈钢的1.30倍,在本实验条件下,其滑动磨损量是奥氏体不锈钢的0.14倍;综合有限元计算结果、Vickers压痕以及滑动磨损实验结果,超弹TiNi合金的机敏摩擦学特性是其塑性变形临界载荷和最大弹性应变增加、塑性区域面积减小以及应力增加速度减缓的综合体现。这种机敏摩擦学特性是TiNi合金具有良好耐磨性的主要原因。

TiNi合金冲击相变过程中温度变化规律的实验研究

针对初始SME(shape memory effect)和PE(pseudo-elastic)状态TiNi合金试样,采用带有红外测温系统的SHPB冲击压缩装置,实时测量了冲击相变过程中两种材料试样表面瞬态温度,并根据实验结果计算了相应的温度变化。实验结果表明,冲击加载相变过程中,温度随相变应变的增大而升高,当应变最大时,温度最高;卸载过程中,对初始PE状态试样,温度降低,对初始SME状态试样,温度保持最高温度不变或降低,这同加载最高温度有关;卸载完成后,两种试样温度均高于其初始温度。计算温度结果表明,相变耗散功对加、卸载相变过程中温度变化的作用不可忽略。

TiNi合金不完全相变的温度记忆效应

通过示差扫描量热分析(DSC)研究了预应变及约束条件下TiNi形状记忆合金的温度记忆效应.结果表明,通过变形约束手段,可以大大拓宽TiNi合金的相变温度区间,使得TiNi合金的温度记忆效应能够在一个非常大的温度范围内发挥作用;同时,变形并约束后TiNi合金的温度记忆效应比自由态TiNi合金的温度记忆效应更加准确.分析表明,马氏体与母相界面处的位错以及界面处的弹性自适应过程是可能的温度记忆效应机制.

外加拉应力对TiNi合金马氏体相变点M_s的影响

采用四点接线电阻法测定了外加拉应力作用下燃烧合成Ｔｉ５０Ｎｉ（ａｔ％）形状记忆合金马氏体相变点Ｍｓ的变化，并从宏观热力学和微观相变动力学两方面综合分析外力对ＴｉＮｉ合金马氏体相变点Ｍｓ的影响。在再结晶退火ＴｉＮｉ合金中，马氏体／母相界面间保持良好共格关系，外力的宏观热力学作用可使Ｍｓ上升，而从微观动力学方面看，外力可破坏界面的共格性，使界面可动性及Ｍｓ下降，两者作用相互抵消的结果导致Ｍｓ随外力增加变化不大；而在冷加工后回复退火ＴｉＮｉ中仍存在大量冷加工位错，其马氏体／母相界面间的共格性已遭到这些位错的明显破坏，外力通过微观相变动力学作用使Ｍｓ下降的趋势已很小，而主要是通过热力学作用使Ｍｓ值明显上升。