TiNi基形状记忆合金的温度记忆效应研究新进展

因为具有形状记忆效应和超弹性,TiNi形状记忆合金已经广泛用做功能材料和生物材料.最近,由不完全相变诱发的特殊的温度记忆效应现象引起关注:如果从马氏体到奥氏体的逆相变在第一次加热中在温度TI处被中断,而后冷却到马氏体相变终了温度以下,在随后的加热过程会出现被一个动力学中断点TS分开的两阶段逆相变,TS可"记住"TI.本文综述了TiNi基形状记忆合金的温度记忆效应及其机制.     

TiNi合金在恒应力约束下的不完全相变

利用DSC对预应变TiNi形状记忆合金丝在恒应力约束下的马氏体不完全逆相变进行了研究,发现不完全相变热循环样品在第二次自由态加热过程中出现两步马氏体逆转变和两段应变回复现象.分析认为:经过恒应力约束下的不完全逆相变后,TiNi样品中存在不同的马氏体,在随后的加热过程中先后逆转变,产生两段回复应变.     

TiNi形状记忆合金在定应变约束下的马氏体相变

通过DSC及回复应变的测量,研究了定应变约束态加热-冷却过程对预应变TiNi形状记忆合金相变行为的影响。结果表明,在约束态相变中,逆相变温度区间拓宽;取向马氏体除向母相转变外,应变还要进一步增大;在正相变过程中,从母相生成的马氏体也具有变形结构。约束态不完全相变后,样品中存在两种马氏体;再变形马氏体和继承变形马氏体,在随后的无约束逆相变过程中,前者的相变温度高于后者,并且输出两段回复应变。     

TiNi形状记忆合金丝/水泥复合材料的相变行为

研究了TiNi形状记忆合金/水泥基复合材料的相变行为。差热分析(DSC)研究结果表明,由于水泥基体的约束作用,形状记忆合金中剩余取向马氏体的逆相变温度上升。在逆相变开始阶段,逆马氏体相变的平均速率较大;在复合材料DSC加热曲线吸热峰结束温度以上,剩余马氏体的逆相变仍在缓慢进行。     

约束态相变中TiNi形状记忆合金的马氏体自拉伸过程

研究了约束态加热过程中产生的回复力对TiNi形状记忆合金剩余马氏体的影响．结果表明，产生的回复力使剩余马氏体发生了塑性变形，使逆相变温度升高，剩余马氏体分数和其逆相变温度之间存在特定的函数关系．但是，外部约束条件的变化对马氏体的自拉伸过程所造成的剩余马氏体分数与其逆相变温度之间的关系影响很小．     

热循环对预应变NiTi记忆合金丝/铝基复合材料马氏体逆相变的影响

采用热压法将0.26mm的NiTi合金丝复合于铝中,利用SEM,DSC,热膨胀仪等实验手段研究了热循环对预应变为4%的NiTi合金丝/铝基复合材料马氏体逆相变的影响。结果表明,在第一次加热过程中,马氏体逆转变开始温度明显升高;第二次加热过程中逆转变开始温度比未预应变样品略有降低;随热循环次数增加,逆相变开始温度降低;当循环次数超过30次后,逆转变温度几乎保持不变。并对热循环过程中的马氏相变过程进行了分析讨论。     

TiNi和TiNiCu记忆合金丝/镍基机敏复合材料相变潜热研究(英文)

通过DSC对TiNi和TiNiCu记忆合金丝/镍基机敏复合材料的相变潜热进行了研究.结果表明,预应变TiNi试样在无约束状态下的第一次马氏体逆相变过程中,相变潜热值随预应变水平的增加而迅速增大,而在镍基体约束下,相变潜热值随预应变水平的增加而迅速减小.但TiNiCu和TiNiCu丝/镍基复合材料的相变潜热变化趋势与TiNi试样的明显不同.对上述现象给出了合理的解释.     

Ni含量对激冷贫镍TiNi形状记忆合金薄带相变行为的影响

用激冷甩带法制备了Ti_(1-x)Ni_x(x=45%~49.8%)(原子分数)形状记忆合金(SMA)薄带,用示差扫描量热仪研究了Ni含量对铸态及450℃、500℃退火态TiNi SMA薄带相变行为的影响。结果表明,冷却/加热时,铸态和退火态Ti_(1-x)Ni_x(x=45%~49%)SMA薄带发生A→M/M→A一阶马氏体相变;当Ni含量为49.8%时,铸态和退火态TiNi SMA薄带冷却时发生A→R→M两阶段相变,加热时发生M→A一阶段相变。随Ni含量增加,TiNi SMA薄带马氏体正、逆相变温度范围先增大后减小,Ni含量为48%时相变温度范围最宽。退火态比铸态TiNi SMA薄带相变温度范围窄。随Ni含量增加,TiNi SMA薄带马氏体正、逆相变温度升高,相变热滞增大。当Ni含量为49%时,SMA薄带的马氏体相变温度达最大值,当Ni含量为49.8%时马氏体相变温度迅速下降。     

Ni含量对激冷贫镍TiNi形状记忆合金薄带相变行为的影

用激冷甩带法制备了Til-xNix(x=45％～49.8％)(原子分数)形状记忆合金(SMA)薄带,用示差扫描量热仪研究了Ni含量对铸态及450℃、500℃退火态TiNi SMA薄带相变行为的影响.结果表明,冷却/加热时,铸态和退火态Ti1-xNix(x=45％～49％)SMA薄带发生A→M/M→A一阶马氏体相变;当Ni含量为49.8％时,铸态和退火态TiNi SMA薄带冷却时发生A→ R→M两阶段相变,加热时发生M→A一阶段相变.随Ni含量增加,TiNi SMA薄带马氏体正、逆相变温度范围先增大后减小,Ni含量为48％时相变温度范围最宽.退火态比铸态TiNi SMA薄带相变温度范围窄.随Ni含量增加,TiNi SMA薄带马氏体正、逆相变温度升高,相变热滞增大.当Ni含量为49％时,SMA薄带的马氏体相变温度达最大值,当Ni含量为49.8％时马氏体相变温度迅速下降.     

近等原子比TiNi合金薄膜的组织及相变动态观察

采用磁控溅射法制备TiNi非晶薄膜.通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等方法研究了TiNi合金薄膜的组织形貌、电子衍射花样,并对其相变过程进行了动态观察.结果表明:态薄膜为非晶态,对其在515℃进行1 h的晶化处理后,薄膜中析出了TiNi3相;晶化处理后的TiNi合金薄膜加热到100℃时,薄膜中R相和马氏体相以切变方式完全转变为奥氏体;当冷却至室温时,是以R相、马氏体相以及少量的奥氏体相存在.其加热过程中的相变顺序为:马氏体相→R相→奥氏体相.冷却过程中的相变顺序为:奥氏体相→R相→马氏体相.     

Repeatable temperature memory effect of TiNi shape memory alloys

An incomplete transformation cycle induces a kinetic stop in the following complete transformation cycle in TiNi shape memory alloys. The kinetic stop can be regarded as a memory of the previous interruption temperature. This memory was generally believed to be a one-time phenomenon. Herein, we show that the temperature memory effect is actually a long-lasting phenomenon. Experimental results show that a repeatable temperature memory effect can be introduced into a TiNi alloy by a deformation lager than 12%. Deformation induced dislocations are considered a main factor to the persistence of the memory. The memory becomes more distinct with increasing numbers of the incomplete thermal cycle, but the memory becomes less distinct with increasing numbers of subsequent complete transformation cycling.     

环境介质对形状记忆合金弹簧记忆回复效应的影响*

针对SAM电火花加工机器人加工时常用的3种工作介质水、煤油和乳化液，研究了SMA弹簧的记忆恢复变形特性和变形规律。结果表明，对应不同的环境介质，SMA弹簧的记忆回复变形量与驱动电流间存在一一对应关系，通过控制驱动电流可控制记忆回复变形量。在不同环境介质中SMA弹簧的记忆回复变形速度的变化趋势是一致的，都是先随着回复位移的增加而增加，在接近中间段时达到最大，然后随着位移的增加而减小。驱动电流是对SMA弹簧动态变形速度影响最 明显的参数，通过选择合适的驱动电流可有效地控制SMA弹簧的回复变形速度。     

形状记忆合金驱动的微执行器

以TiNi基为代表的形状记忆合金（SMA）具有做功密度大、可恢复应变应力大、驱动电压低、良好生物相容性等优点，在微执行器领域具有极为广阔应用前景。本文主要总结了TiNi基SMA丝、薄带、薄膜在微执行器方面的国内外研究应用现状，并对目前SMA在微驱动领域应用所存在的问题及其未来的发展趋势进行了分析讨论。     

TiNiCu形状记忆合金双向记忆效应研究

研究了热机械训练温度及定型处理温度对TiNiCu形状记忆合金弹簧双向记忆效应的影响。研究结果表明:在纯马氏体状态进行训练时,双向记忆恢复率随训练次数的增加而增加,并在一定的训练次数后达到饱和;在纯奥氏体状态进行训练,双向记忆恢复率随训练次数迅速增加到某一最大值后随训练次数的增加而减小;在马氏体和奥氏体混合相进行训练时,双向记忆恢复率随训练次数先增加而后减小。经过400～550℃×1h/AC定型处理及热机械训练后最大形状记忆恢复率随定型处理温度升高先增大然后减小。由于马氏体再取向时引入的位错有利于双向记忆效应,热诱发和应力诱发的马氏体变体数量不同,引起了在不同状态训练诱发的双向记忆效应随训练次数变化的差异。     

Fe-Mn-Si-Cr-Ni系形状记忆合金管接头形状记忆效应和耐腐蚀性能的研究

研究了Fe-Mn-Si-Cr-Ni系形状记忆合金管接头形状记忆效应和耐腐蚀性能。结果表明,随着预变形量的增加,管接头的形状记忆效应下降,而恢复应变呈上升趋势,当预变形超过5.3%左右时,上升幅度不大;连接状态的管接头在模拟油田介质中的耐腐蚀性能比3.5%的NaCl溶液中的抗蚀性差;在模拟油田介质中,连接状态和未连接的管接头相比,由于回复应力使表面产生拉应力以及应力诱发ε马氏体的存在,使连接状态的管接头耐腐蚀性能下降;随着预变形的增大,由于回复应力、管接头裂纹以及晶体缺陷密度增加的共同作用,使连接状态的管接头耐腐蚀性能降低。     

Embossed structure embedded organic memory device

Metal filament based organic memory device has unique advantages of long retention time and thermal stability. However, it has suffered from a large variation in the switching delay time (∼ 100 ms), in spite of the fast real switching time of hundreds nanoseconds. Among many possible reasons for the broad delay time, the effect of structural nonuniformity in active area was mainly considered in this work. To solve this problem, we introduced an embossed structure into previous organic memory device, which significantly narrowed the distribution of the delay time. With this device, we could directly observe that the switching preferentially occurs at the summits of the embossed structure through optical microscope image.     

Ni50.1Mn24.1Ga20.3Fe5.5形状记忆合金多晶纤维的双程形状记忆效应

通过熔体抽拉技术制备Ni_50.1Mn_24.1Ga_20.3Fe_5.5多晶纤维,采用步进式热处理释放因快速凝固引起的内应力和缺陷,利用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、XRD衍射仪对其微结构和相结构进行表征,采用动态机械拉伸仪测试其相变行为和双程形状记忆性能。结果表明:热处理后原子有序度显著提高,孪晶界平直,在恒应力作用下一个热循环中母相和马氏体相的形状得到完全恢复。双程形状记忆曲线显示了热弹性马氏体相变的两个基本特征:可逆性和热滞性。在热循环实验中,纤维被加载到198 MPa时,其马氏体态总应变达到1.32%。根据热机械拉伸测量,发现相变温度遵循Clausius-Clapeyron关系式。与诸如Ti-Ni和Cu-Al-Ni的其他合金相比,Fe掺杂的纤维显示出较小的应变-应力依赖性,在恒应变输出的驱动中是有益的。