高熵形状记忆合金的研究进展

TiNi形状记忆合金具有优异的形状记忆效应和超弹性,使其广泛应用于航空航天、生物医疗等领域。然而,面对日益增长的在更苛刻环境下服役的需求,传统二元TiNi合金存在着相变温度低、高温环境下功能特性丧失和强度不足等问题,还需要不断优化合金成分和热处理工艺以提升其性能,从而发展出高性能形状记忆合金。TiNi合金的力学性能和功能特性受多种因素的影响,本文主要从合金成分的角度重点概述了各合金化元素对合金微观组织、马氏体相变行为、形状记忆效应和超弹性的影响,并结合高熵合金化思想,综述了近年来在TiNi基高熵形状记忆合金领域取得的进展。最后展望了TiNi基形状记忆合金未来的发展方向及应用前景。     

高熵形状记忆合金相变行为研究现状

随着先进工程技术对形状记忆合金性能要求的不断提高,传统形状记忆合金愈发难以满足要求,高熵形状记忆合金应运而生,引起了研究者的极大关注。高熵形状记忆合金相较于传统形状记忆合金具有显著提高的可回复应变、屈服强度、高温物相稳定性和超弹性等特性,具有广阔的应用前景。本文对高熵形状记忆合金的研究现状、马氏体相变和形状记忆效应等进行了简要的论述,并对高熵形状记忆合金目前存在的不足和未来的发展进行了展望。     

形状记忆合金的开发和应用

形状记忆合金的最新研究应用情况形状记忆合金就是可以通过加热回到变形前的形状，这一特点已被广泛用于管路连接部件，热敏传感器，致动器等领域。形状记忆效应及超弹性原理如图所示。图中Mf-马氏体相变终温，Af-由马氏体变回母相（逆变）终温。形状记忆合金在高于Af温度时是稳定的母相，而在低于Mf后则全部变为马氏体相，在Mf，Af之间则两相共存。由图看出从（a）→（b）→（c）→（a）为形状记忆效应。     

Ti-51.1Ni形状记忆合金相变和低温形变特性

用示差扫描量热仪(DSC)和拉伸试验研究了退火温度对形变处理态Ti-51.1Ni(原子分数, %)形状记忆合金相变和低温形变特性的影响。结果表明,随退火温度升高,合金冷却 / 加热时相变类型由A→R / M→R→A型向A→R→M / M→R→A型再向A→R→M / M→A(A-母相B2,R-R相,M-马氏体相)型转变,R相变温度和M相变热滞降低,M相变温度升高,R相变热滞变化不大,保持在6.5 ℃左右。在10 ℃变形时,400~550 ℃退火态合金呈现形状记忆效应(SME)+超弹性(SE)特性,600~700 ℃退火态合金呈现SE特性,随退火温度升高,合金由SME SE向SE特性转变。合金的退火再结晶温度为590 ℃,在590~650 ℃退火后合金可获得50.83 %的断裂应变值,塑变性能优良,成型加工温度可选定在590~650℃之间。在使用该合金制作能耗阻尼器及相关缓冲减震装置时退火处理温度可选择大于550℃;制作超弹性器件时,退火处理温度可选择小于400 ℃和大于600 ℃。     

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-Ni SMA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.     

50Ti-50Pd高温形状记忆合金研究

研究了50Ti-50Pd合金的马氏体相变、显微组织和形状记忆效应。结果表明：实验合金马氏体相变热滞小,呈热弹性,室温相为B19斜方结构;固溶处理50Ti-50Pd合金试样的记忆效应随起始恢复温度的升高而增大,弯曲循环可改善合金的记忆效应。     

TiNi基形状记忆合金合金化研究进展

综述了近年来在TiNi基形状记忆合金中添加的合金元素种类,以及各种合金元素对TiNi基形状记忆合金性能的影响。分析了加入Cu、Cr、Ce、Hf、Pd、Co和Al合金元素对材料相变、形状记忆效应和超弹性的影响,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。     

Ni-Mn-Ga-V高温形状记忆合金研究

本文采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及压缩力学试验机系统的研究了钒元素对(Ni56Mn25Ga19)100-xVx (x = 0, 1, 3) (at.%)高温形状记忆合金性能的影响。结果表明,由于钒取代方法的不同,我们所研究合金的组织结构和某些性能与已报到的Ni56Mn25Ga19-xVx合金差异较大。未掺杂钒元素时,试验合金由单相非调制四方结构马氏体构成,当钒含量为1at.%和3at.%时,合金由四方结构马氏体和竹叶状γ相构成。随着钒含量的增加,γ相的数量增多,但其尺寸和形状保持不变。钒掺杂改善合金的力学性能和形状记忆效应。 (Ni56Mn25Ga19)99V1合金变形10%后加热,可以得到6.7%的可逆应变。     

TiNiCu形状记忆合金薄带研究进展

TiNiCu形状记忆合金薄带凭借其窄相变滞后、优异的形状记忆效应与超弹性、良好的热循环稳定性成为一种很有前途的微驱动器材料。本文全面阐述了国内外在TiNiCu薄带研究方面的最新进展,主要包括晶化行为、显微组织、马氏体相变行为、形状记忆效应与超弹性,重点介绍了热处理工艺-显微组织-性能之间的内在联系,探讨了TiNiCu薄带今后的研究重点     

高温形状记忆合金

马氏体逆相变开始温度As点稳定在120℃以上的形状记忆合金称之为高温形状记忆合金,有多种合金系可供选择。本文综述了现有的各种高温形状记忆合金系的研究现状。     

铸态FeMnSiCrNi合金的形状记忆效应

分别研究了预变形量对超低碳与含0.12%碳的铸态FeMnSiCrNi形状记忆合金的形状记忆效应的影响,并将以上结果与冷拉FeMnSiCrNi形状记忆合金的结果进行了比较。结果表明:预变形量小于5%时,两种铸态合金的形状记忆效应基本不变;而预变形量大于5%时,随预变形量的增加形状记忆效应降低。当预变形量相同时,含0.12%碳的合金的形状记忆效应低于超低碳合金。预变形量为5%时,超低碳与含0.12%碳的合金的形状回复率分别达到73%、62%,具有与冷拉FeMnSiCrNi丝相当的形状记忆效应。     

铁磁性Co-Fe记忆合金的马氏体相变特性及形状记忆效应

采用光学显微镜、X射线衍射、DSC、弯曲试验等方法研究了Co-Fe合金的微观组织结构、马氏体相变特性及形状记忆效应.结果表明:Co-Fe合金的记忆效应源自合金中的fcc/hcp马氏体相变;Co-xFe(x=2%～6%,质量分数)合金在x≥5.65%时为单一fcc结构的y相,在x≤5.6时为含有ε马氏体相和γ相的双相组织;该合金的马氏体相变温度随着Fe含量的增加而线性降低,之间关系为:Ms(℃)=417-69.97x(Fe%);Co-4Fe合金的形状记忆可回复应变最大为0.86%,相信通过进一步的热处理和记忆训练,该合金会表现出更好的记忆效应.     

铁基形状记忆合金及其相变特性

通过对铁基形状记忆合金从微米到亚纳米尺度的显微观察,讨论了铁基合金形状记忆效应的机制和特性。大多数有应用前景的铁基形状记忆合金与面心立方到体心四方（ｆｃｃ／ｂｃｔ）和面心立方到密排六方（ｆｃｃ／ｈｃｐ）相变有关。在这些相变体系中,对直接与形状记忆效应有关的应力诱发马氏体相变及其逆相变的模型进行了详细的研究。为取得良好的形状记忆效应,必须满足以下一些条件：（１）对ｆｃｃ／ｂｃｔ相变,ｂｃｔ马氏体的正     

Shape memory behavior and tension-compression asymmetry of a FeNiCoAlTa single-crystalline shape memory alloy

A 〈1 0 0〉 textured polycrystalline FeNiCoAlTa shape memory alloy was recently shown to possess large superelastic strain and stress levels. In this study, the shape memory behavior of a Fe-28Ni-17Co-11.5Al-2.5Ta (at.%) single-crystalline material oriented along the 〈1 0 0〉 direction was studied, for the first time, by thermal cycling under constant stress levels in both tension and compression. When γ′ precipitates with an average size of 5 nm are introduced by an aging heat treatment, the single crystals show fully recoverable transformation strains up to 3.75% in tension and 2% in compression. The change in transformation temperatures for a unit change in applied stress level was higher in compression than in tension, in accord with the lower transformation strains in compression obtained both from theoretical calculations and experimental observations. However, in all specimens, the observed transformation strain levels were lower than theoretically predicted, possibly owing to significant volume fraction of non-transforming precipitates, incomplete martensite reorientation due to martensite variant interactions, and a slightly higher-than-expected martensite c/a ratio in the samples used in this study. The ramifications of relevant structural parameters and microstructural features on reaching theoretical transformation strain and high strength levels are also discussed.     

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320 MPa、20%、434 MPa和5.3%增加到460 MPa、24.5%、486 MPa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.     

NiTi形状记忆合金激光增材制造研究进展

NiTi形状记忆合金卓越的功能特性,生物相容性,高阻尼及低刚度,耐腐蚀等性能,深受广泛关注。NiTi形状记忆合金制备、加工困难,成为阻碍NiTi形状记忆合金应用的关键。近20年发展起来的增材制造技术,能直接成形制造复杂的NiTi形状记忆合金结构,在航空航天、医疗设备等领域具有巨大应用价值和发展前景。本文结合国内外NiTi形状记忆合金激光增材制造研究中面临的主要问题和解决方法作综合评述。具体包括NiTi形状记忆合金传统制造和激光增材制造对比;激光能量输入和热处理工艺对激光增材制造NiTi形状记忆合金微观组织、机械力学性能和功能特性的影响;及展望未来激光增材制造NiTi形状记忆合金研究方向。     

生物医用钛基无镍记忆合金研究进展

综述近年来国内外关于Ti基无Ni记忆合金的研究进展,主要介绍Ti-Nb和Ti-Mo基二元及三元合金的记忆性能和超弹性行为,重点评述合金的微观结构、相变以及力学性能等特点,并提出一些值得关注的问题。