纳米尺寸NiTi多晶微带中马氏体相变的原位透射电子显微镜研究

纳米尺寸NiTi合金中的马氏体相变行为决定了其在微纳尺度的应用。利用透射电镜(TEM)对拉伸变形NiTi微带中的马氏体相变行为进行了原位研究。发现当应变达到0.9%时,马氏体首先在取向择优的晶粒内形核、长大和扩展。继续拉伸样品至断裂(应变为5.2%),相邻取向不择优的晶粒内没有观察到马氏体形核。由于NiTi微带包含不容易发生马氏体相变的晶粒,且发生相变的晶粒内应力集中,导致其断裂应变远小于块体样品的断裂应变。实验结果说明当将NiTi合金应用于微纳尺度时需充分考虑纳米尺寸材料中的马氏体相变行为及其力学性能的影响。     

NiTi形状记忆薄膜的显微结构和力学性能

NiTi形状记忆合金薄膜具有形状记忆效应，极有希望用于制造高技术领域微电子机械系统中的微型激发器。NiTi形状记忆合金薄膜在制备和使用过程中需要高品质（衬）底材。本文利用高分辨电子显微学和高分辨分析电子显微学详细研究了硅底材NiTi形状记忆合金薄膜的NiTi／Si和NiTi／SiO2微结构体系，包括薄膜精细结构和界面反应。也研究了其显微结构和力学性能的关系。特别给出了NiTi形状记忆合金薄膜产生疲劳过程的微观过程的起因，通过高达十万个使用热循环前后样品显微结构变化的比较，发现纳米尺度上的TiNi3新相的形成导致疲劳过程的发生。如何抑制TiNi3新相形成的研究正在进行之中，这将为进一步提高NiTi形状记忆合金的使用寿命指出方向。     

热处理对Ti-Mo-V-Nb-Al合金微观结构的影响

形状记忆合金由于其优良的超弹性和形状记忆效应而在医学上有着广泛的应用，其中由于NiTi形状记忆合金相较其它形状记忆合金具有更好的超弹性和生物相容性而得到了广泛的应用。但由于镍元素的毒性，使得开发一种生物相容性更好、无镍且具有良好力学性能的形状记忆合金成为必需。Ti-Mo-V-Nb-Al五元合金就是为此而开发的一种新型形状记忆合金。本研究用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和高分辨电子显微镜（HREM）研究了不同热处理条件对Ti-Mo-V-Nb-Al形状记忆合金微观结构的影响。     

TRIP钢微观组织的TEM观察

TRIP钢有着高强度与高延伸率组合的力学性能，因而成为一种优良的汽车用钢，其优异的力学性能源于独特的显微组织和各相之间的优化组合，传统低碳低合金TRIP钢主要由铁素体（F）、贝氏体（B）和残余奥氏体（Ar）等组成。其中Ar在变形过程中发生马氏体相变，由相变诱发塑性，一方面强化基体，另一方面提高均匀的伸长率，使钢在具有高强度的同时又有良好的塑性。因此，TRIP钢的组织结构鉴别，尤其是应变后钢中由残余奥氏体相变得到的马氏体（M）和其他组织的鉴别显得尤为重要。     

应力作用下Ti2448合金单晶微观结构演变的透射电子显微学研究CSCD

利用透射电镜原位拉伸技术研究了Ti2448单晶合金微观结构的演变,观察到应力诱发β→α″马氏体相变与应力诱发β→ω相变。严重塑性变形后裂纹附近α″马氏体相晶粒尺寸为几～几十纳米,弥散地分布在β基体上。在应力加载状态下应力诱发的ω相呈现几个纳米大小的两个变体。原位塑性变形过程中观察到的纳米尺度moiré条纹区域是由均匀形核的位错所形成。     

时效处理NiTi合金的相变研究

Ni-Ti形状记忆合金由于其独特的形状记忆效应和超弹性,它的马氏体相变在过去几十年来一直受到巨大的关注。Ti-Ni形状记忆合金有三个不同的相：立方CsCl结构的B2母相,单斜B19’马氏体相和预马氏体R相。在这些相中,可能发生三个相变：B2-B19’、B2-R和R-B19’。R相变可以通过多种方式诱发,例如添加第三组元（Fe、Al）、冷加工、冷加工后不完全退火、热循环和时效处理。     

Ni Ti合金中应力诱发相变的TEM动态观察

采用TEM加载样品台观察了51.6at%Ni-Ti合金在外加应力作用下的相变过程。证实了该合金的应力诱发相变包括两个阶段:预马氏体转变和马氏体转变,它们分别与应力——应变曲线的不同部分相对应。卸载时,其组织结构完全可逆,因此合金具有超弹特性。     

NiTi合金激光气体氮化对其生物活性的影响

NiTi形状记忆合金(NiTi SMA)广泛应用于医学领域。采用高功率连续波固体Nd:YAG激光进行氮化表面改性处理，选择适当的激光辐照工艺参数，在置于N2反应室中的NiTi形状记忆合金表面制备激光氮化改性层。改性层表面被厚度为1～2 μm的TiN陶瓷层封闭，涂层内部TiN增强相成梯度分布。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量损失谱(EDX)、X射线衍射(XRD)仪及模拟人体体液浸泡实验对改性层的组织形貌、成分、结构及生物活性进行分析评价。结果表明，改性层表面Ni含量极低，与基体NiTi合金存在良好的冶金结合，界面处成分均匀过渡。在模拟人体体液SBF溶液中沉积实验结果表明，NiTi合金经激光氮化改性处理后，改性层诱导Ca,P沉积物形成能力明显增强，说明激光氮化改性有效地改善了NiTi形状记忆合金作为医用植入材料使用的生物相容性。     

激光熔覆Fe17Mn5Si10Cr5Ni记忆合金涂层的应力释放研究

利用6kW光纤激光器,采用预置粉末法在304不锈钢表面激光熔覆制备Fe17Mn5Si10Cr5Ni记忆合金涂层。利用扫描式电子显微镜、X射线衍射仪及往复摩擦试验仪等设备对涂层的微观组织、相组成进行研究,对涂层及基材的耐磨性能、接触疲劳特性进行对比分析,并利用小孔法对试样的残余应力进行测量。结果表明:记忆合金涂层自界面到顶端分别由平面晶、包状晶、柱状晶组成;涂层磨损机制为磨粒磨损,基材磨损机制为粘着磨损,涂层磨损量仅为基材磨损量的三分之一,耐磨性优于基材;涂层接触疲劳强度优于基材;熔覆试样残余应力较基材低。应力诱发γ→ε马氏体相变是涂层力学性能优异的根本原因。     

TEM／HREM研究机械循环对纳米晶TiNi超弹性记忆合金丝弹性模量及屈服应力的影响

本研究用透射电子显微镜（TEM）及高分辨电子显微镜（HREM）研究了机械循环对商业用纳米晶TiNi超弹性记忆合金板丝弹性模量及屈服应力的影响。研究发现在应力诱发马氏体平台进行应力循环，对母相的弹性模量无明显影响。但当机械循环应变超过应力诱发马氏体平台，即马氏体再取向及马氏体的弹性变形区、弹性模量及屈服应力发生明显软化。     

Ni-Ti合金中热循环产生的位错

Ni—Ti形状记忆合金在使用过程中经受着相变热循环或应力加相变热循环的作用;已发现热循环导致产生高密度的位错,并且伴随着Ms点的降低。因而,这些位错的性质、产生的机制及其在马氏体转变中的作用成为人们关切的研究课题。本工作用透射电子显微术详细地研究了50.5at％Ni—Ti合金热循环过程中产生的位错的组态和性质。用“g·     

NiTi心血管支架的显微组织的TEM和EBSD研究

NiTi超弹性形状记忆合金由于具有超弹性，形状记忆效应和良好的生物相容性而被广泛的应用于生物医学领域。至今已有心血管支架、导丝、接骨板等生物材料，其中NiTi心血管支架得到了最广泛的应用。     

NiTi形状记忆合金的HREM观察

本工作观察了NiTi形状记忆合金相变温度上下的结构变化。实验用400KV电镜、单倾样品加热台,用TV录相并拍摄了电镜照片。图1中的左图是室温M(001)面的投影。从图中可以看出平行的重复孪晶带,其孪晶面为(100),在每个孪晶带内都能看到平行于(110)面的周期性黑白衬度(B-W)。中图是区域放大像,在B-W带能看到非常小的晶格条纹位移。相似的B-W带在接近(100)面的投影上也能观察到(右图)。由此可知,堆垛层错或孪晶薄层是沿[001]和[100]两个方向上形成的。     

激光焊接工艺参数对NiTi形状记忆合金焊缝成形的影响

采用Nd∶YAG连续激光器对2mm厚NiTi形状记忆合金(SMA)进行激光焊接。研究了激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量、侧吹保护气流量等主要工艺参数对焊缝成形的影响。结果表明,激光功率、焊接速度、离焦量等工艺参数的合理匹配是实现NiTi合金良好焊缝成形的关键因素。线能量为59～75.6J/mm时能获得最佳焊缝成形;离焦量在-2～3mm时均能使厚度2mmNiTi合金试件焊透,其中离焦量在0～1mm可以得到最佳焊缝成形;当侧吹气流量为15～20L/min时,气体保护效果和焊缝成形最好。通过大量工艺实验得到2mm厚NiTi合金焊接速度与激光功率的不同匹配对焊缝成形影响的曲线,为NiTi合金焊接加工及工程应用提供参考。     

纳米合金的显微结构特征

纳米合金的显微结构特征平德海，李斗星，叶恒强（中国科学院金属研究所固体原子像开放研究实验室，沈阳　１１００１５）纳米固体材料是由粒度为几个至几十个纳米的晶粒所组成的单相或多相混合的多晶材料。由于它具有优异的物理和力学性能，近年来愈来愈引起国内外科学家...     

形状记忆合金/硅复合膜驱动的微泵

形状记忆合金／硅复合膜驱动的微泵由一个可形变腔体和两个单向硅薄片阀组成，微驱动膜利用ＮｉＴｉ形状记忆合金薄膜相变时具有大的可回复应力和Ｓｉ衬底膜的反偏置力，产生双向往复振动，采用图形化的ＮｉＴｉ薄膜作为热诱发相变的加热电阻，有效地提高了动态响应频率。同时降低了驱动功率。通过驱动结构的优化设计。增加了驱动位移和工作寿命。微泵采用Ｓｉ表面和立体微加工工艺、金－硅共晶键合等技术制备，它的外形尺寸为６ｍｍ     

扫描间距对激光选区熔化NiTi形状记忆合金相变行为及力学性能的影响

激光选区熔化(SLM)增材制造技术为NiTi形状记忆合金复杂结构件的制造开辟了新途径,已成为智能材料领域的研究热点之一.本课题组采用光学显微镜、电子显微镜、X射线衍射仪、差式扫描量热仪、万能材料试验机等,重点研究了扫描间距h对SLM成形NiTi合金相对密度、组织结构、相变行为及力学性能的影响.结果 表明:线能量密度在100～250 J/m范围内时,可以获得连续且稳定的单熔道试样;随着扫描间距h从115 μm减小到64 μm,SLM成形的NiTi合金块体中的NiTi(B2)相含量有所减少,相对密度增大,表面粗糙度减小,相变温度Ms呈逐渐升高的趋势.扫描间距h=77 μm时成形的NiTi块体试样的综合性能最佳:相对密度为98.5％,抗压强度和抗拉强度分别为3351MPa和839MPa,第1次压缩循环后的可回复应变为5.99％,应变回复率高达97％,第10、第20次压缩循环后的可回复应变分别为5.77％和5.75％.     

Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层残余应力模拟与测量

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。     

NiTiPd形状记忆合金薄膜的相变和力学特性

利用磁控溅射法制备了NiTiPd形状记忆合金薄膜,并对晶化后的薄膜测量了其相变特性和力学性能。结果表明,薄膜在真空室中于750℃热处理1 h可获得较好的形状记忆效应,NiTiPd薄膜的相变温度比相应的NiTi薄膜的相变温度高,奥氏体相变温度As高于100℃。在室温到150℃范围,随着温度升高,薄膜的断裂强度提高,但是残余应变变小。     

增材制造马氏体时效钢的研究进展

综述了增材制造马氏体时效钢的研究进展,包括增材制造工艺和后处理对力学性能和微观组织的影响以及异质结构马氏体时效钢和梯度结构马氏体时效钢的力学性能和组织结构特点。此外,还总结了增材制造马氏体钢的合金成分、主要作用及其设计思路,分析了合金成分对马氏体时效钢的力学性能和微观组织的影响,着重讨论了复合颗粒增强相在增材制造马氏体时效钢中的强化效果与强化机制。介绍了增材制造马氏体时效钢在随形冷却模具、激光熔覆修复技术和表面涂层或表面改性等领域中的应用,并对增材制造马氏体时效钢在未来的发展方向进行了展望。