自由锻Ti-Ni形状记忆合金的显微组织和超弹性（英文）

采用放电等离子烧结(SPS)法将元素钛粉和镍粉制备成Ti-51%Ni形状记忆合金(SMAs)。研究目的是采用自由锻二次加工以提高SPS合金的性能。对自由锻前后合金的显微组织、相变温度和超弹性进行比较。结果表明,自由锻可以显著提高Ti-Ni形状记忆合金的拉伸强度和形状记忆性能,自由锻后合金的韧性从6.8%提高到了9.2%,超弹性的应变范围从5%增加到7.5%,应变恢复速率从72%提高到92%。Ti-51%Ni合金显微组织中含有立方奥氏体相(B2)基体、单斜马氏体相(B19′)、第二相(Ti_3Ni_4,Ti_2Ni和TiNi_3)和氧化物相(Ti_4Ni_2O,Ti_3O_5)。自由锻后再经500°C时效处理的最终样品的马氏体相变温度向高温方向偏移,这是由于Ti_3Ni_4相(透射电镜下可以观察到)的析出而导致基体中Ni含量的减少。总之,自由锻可以提高Ti-51%Ni形状记忆合金的超弹性和力学性能。     

富镍镨掺杂镍钛形状记忆合金的微结构、相变特性与硬度（英文）

采用真空熔炼法向NiTi二元合金中掺杂Pr稀土元素,制备了多组分原子分数的Ni_(50)Ti_(50-x)Pr_x(x=0,0.1,0.3,0.5,0.7,0.9)合金。研究了Pr元素的添加对NiTi合金金相组织、相变温度和硬度的影响。结果表明,Ni_(50)Ti_(50-x)Pr_x合金由NiTi基体与NiPr夹杂相组成,其中Ni_(50)Ti_(49.5)Pr_(0.5)合金的马氏体相变温度达73℃,合金的热滞窄至37℃,维氏硬度约为2850 MPa。Pr元素的添加显著降低了NiTi合金的马氏体相变温度,同时,与其他NiTi基合金相比,NiTiPr合金保持了较窄的热滞和较高的硬度。     

退火时间对Ti_(49)Ni_(51)形状记忆合金组织与性能的影响

采用XRD、OM、SEM研究了Ti_(49)Ni_(51)形状记忆合金在450℃退火40、60和80 min时的组织,并研究了不同状态下其显微硬度和压缩力学性能。结果表明:Ti_(49)Ni_(51)合金450℃退火后晶粒均为细长纤维状;当退火60 min时,合金表现出高的抗压强度和大的弹性应变,表现出较好的超弹性特性和良好的形状记忆效应。     

Fe的添加对NiTi形状记忆合金相变行为的影响（英文）

制备了三种名义成分分别为Ni_(50)Ti_(50)、Ni_(49)Ti_(49)Fe2和Ni45Ti51.8Fe3.2(摩尔分数,%)的不同NiTi基合金来揭示Fe的添加对NiTi形状记忆合金相变行为的影响。采用光学显微分析法、透射电子显微分析法、X射线衍射和差示扫描量热法对这些合金的组织和相变行为进行分析。结果表明,Ni_(50)Ti_(50)合金的基体由B19′马氏体相和B2奥氏体相组成。而且,在B19′相中可以观察到孪晶亚结构。然而,三元NiTi Fe合金的组织则为B2奥氏体相。这两种合金的基体中弥散分布着大量的Ti2Ni沉淀相。NiTi形状记忆合金中添加Fe后导致三元合金的相变温度下降。由机理分析可以得到如下结论:这一现象主要是由原子的弛豫引起的,弛豫会导致相变过程中B2相的稳定化。     

合金成分对NiTi-Al基合金显微组织的影响

研究了不同Al含量和Ni/(Ti+Al)原子比对NiTi-Al基合金显微组织的影响。结果表明:在Ni_(50)Ti_(50-x)Al_x(x=0,5,7和9)合金体系中,当Al≤7 at%时,合金的微观组织并未发生明显的变化,均由NiTi基体相和分布于晶界处的Ti_2Ni+NiTi非规则共晶组织构成,而在Al含量升高至9 at%时,Ni_2TiAl相则会作为初生相析出。在Ni_(50-y)Ti_(43+y)Al_7(y=-2,-1,0和2)合金体系中,随着Ni元素含量的增加,Ti_2Ni相的体积分数逐渐降低,但当Ni≥51 at%时,Ti_2Ni相的体积分数基本保持一致,同时Ti_2Ni+NiTi非规则共晶组织消失,Ti_2Ni相以短条状或点状形态分布在晶界处。此外,NiTi-Al基合金在经过1200℃×12 h固溶和850℃×10 h时效的热处理之后,会在基体上均析出了大量的Ni_2TiAl相,但随着Ni元素含量的增加,Ni_2TiAl相的组织稳定性显著降低,并且晶界处的Ni_2TiAl相先于晶内的Ni_2TiAl相失去与基体之间的共格关系。综合考虑,Ni_(50)Ti_(43)Al_7合金有着较低的Ti_2Ni相体积分数以及优异的Ni_2TiAl相高温稳定性,是进一步研究NiTi-Al基合金组织与性能的适宜对象。     

Ni50Ti30Zr20与Ni50Ti50合金摩擦磨损性能对比研究

目的以Ni_(50)Ti_(50)合金为参照物,研究Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)合金的摩擦磨损性能。方法采用非自耗真空电弧熔炼炉炼制Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)合金,在合金铸锭上切取样品,以Ni_(50)Ti_(50)合金为对比样品,通过能谱测试(EDS)、X射线衍射(XRD)、显微硬度(HV)测试、摩擦磨损测试、扫描电镜测试(SEM)和3D形貌测试,分别评价Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)合金与Ni_(50)Ti_(50)合金的成分、相组成、显微硬度、耐磨性、磨痕形貌和磨损体积。结果XRD结果显示,Ni_(50)Ti_(50)和Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)合金室温分别由B2奥氏体和B19’马氏体相组成。显微硬度测试结果表明,Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)和Ni_(50)Ti_(50)合金的显微硬度值分别为(381.64±7.32)HV和(230.58±6.74)HV。从形貌图可以看出,两种合金磨损后,磨痕形貌主要由剥层组成。从磨痕能谱分析得出,摩擦实验后,样品表面O和Si元素含量明显增加。根据摩擦系数曲线和磨痕三维形貌图发现,同样载荷下,Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)合金的摩擦系数和磨损体积均小于Ni_(50)Ti_(50)合金,在载荷为20 N时,Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)合金的磨损体积为0.078 mm~3,Ni_(50)Ti_(50)合金的磨损体积为0.084 mm~3。结论Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)与Ni_(50)Ti_(50)合金的磨损机制均为疲劳磨损,两种合金在摩擦实验过程中均会发生氧化,同时磨球会有部分剥落到合金磨痕剥层中。Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)合金的耐磨性优于Ni_(50)Ti_(50)合金。     

钛镍多孔材料的制备及其显微组织与形状记忆性能

采用粉末烧结法制备了高孔隙率的Ti-50.8 at%Ni形状记忆合金(SMA),并对其显微组织和形状记忆性能进行了研究。结果表明,用该种方法制备的多孔合金样品具有孔隙分布均匀以及开孔率高的特点,其平均孔径在200μm左右。合金组织主要由奥氏体NiTi相(B2)和单斜马氏体NiTi相(B19’)组成。循环加载-卸载实验结果表明,该多孔材料能表现出一定的形状记忆效应,而且形状记忆效应随孔隙率的增加而降低。     

颗粒尺寸对微波烧结多孔NiTi合金的显微结构及力学性能的影响（英文）

以不同颗粒尺寸的Ni/Ti粉末为原料,采用微波烧结技术制备了多孔NiTi合金,并系统考察了颗粒尺寸对多孔NiTi合金的显微结构和力学性能的影响。结果表明,随着颗粒尺寸的减小,多孔NiTi合金中的Ti_2Ni和Ni_3Ti第二相减少而单质Ni相消失。同时,多孔NiTi合金的孔隙形貌由带尖角的不规则形状向近球形转变。此外,多孔NiTi合金的孔隙率和孔径随着颗粒尺寸的增大而增大,而洛氏硬度、抗压强度和抗弯强度均下降。因此,减小颗粒尺寸有利于获得理想的显微结构(纯净的物相和均匀的孔隙结构)和提高微波烧结多孔NiTi合金的力学性能。     

等离子体烧结制备TiNi合金的表征

将高能球磨制备的原子比为1:1的Ti Ni合金粉进行等离子体真空烧结。利用XRD、EDS和SEM对合金粉和烧结样进行了成分与微观形貌的表征,同时对烧结样进行了硬度测试。结果表明:球磨22 h后Ti Ni粉呈非晶态粉末,球磨30 h后的TiNi合金粉发生了明显的固相反应,生成了TiNi、Ni_3Ti、Ti_3Ni_4等物相。等离子体烧结样的物相是Ti Ni,Ni_4Ti_3、Ni_3Ti和Ti_2Ni。平均晶粒尺寸约2μm,平均硬度(HV)达到9000 MPa,自然时效1年后的平均硬度达到6800MPa,是常规电弧熔炼法制备的Ti Ni合金的2~5倍。     

Ti-Ni-Sn三元系相平衡测定（英文）

采用平衡合金法,利用X射线衍射法(XRD)以及电子探针显微分析(EPMA),研究了Ti-Ni-Sn三元系的平衡相组成及成分。结果表明,在508 K时,该体系中存在一个新的二元相Ti Sn_4(摩尔分数,%)。此外,测定(Ti_(1-x-y)Ni_xSn_y)Ni_3相(τ,Au Cu_3-type)在873和973 K稳定存在。根据不同退火样品的显微组织,在Ti-Ni-Sn三元系中检测到4个三元相:TiNi Sn、TiNi_2Sn、Ti_2Ni_2Sn和(Ti_(1-x-y)Ni_xSn_y)Ni_3。构建Ti-Ni-Sn三元系在508、873和973 K的等温截面。通过对比3个等温截面,在873~973 K发生包共晶反应:L+TiNi_2Sn→Ni_3Sn_4+TiNi Sn。并测定了Sn在TiNi和Ni在Ti_5Sn_3中的固溶度。     

形变热处理制备的纳米晶NiTi形状记忆合金的超弹性行为（英文）

研究冷轧和后续退火形变热处理对Ni_(50)Ti_(50)形状记忆合金超弹性行为的影响。采用铜坩埚真空感应熔炼法制备样品。将成分均匀的样品进行热轧后在900°C退火,然后再进行冷轧,冷轧后样品的厚度有不同程度的减少,最大可达70%。透射电镜检测结果显示严重的冷轧导致Ni_(50)Ti_(50)合金中形成了纳米晶和非晶的复合显微组织。400°C下退火1 h后,冷轧样品中的非晶发生晶化形成纳米晶组织。随着冷轧变形量的增加,在超弹性实验中Ni_(50)Ti_(50)合金的弹性应变增加,变形量为70%的冷轧-退火样品其弹性应变为12%。此外,随着变形量的增加,应力诱导马氏体相变的临界应力提高。值得注意的是,70%变形量的冷轧-退火样品的阻尼容量值为28 J/cm3,明显高于商业NiTi合金。     

SPS制备NiTi表面多孔梯度合金的组织演变与力学性能研究

利用放电等离子烧结技术制备了基体为NiTi、表面为多孔NiTi的生物医用梯度合金,研究了烧结温度对梯度合金的微观结构、显微组织演变、表面孔隙特征及力学性能的影响。结果表明:随着烧结温度升高,合金由Ti、Ni、Ti_2Ni、Ni_3Ti混合相逐渐演变为以NiTi相为主及少量残留Ti_2Ni、Ni_3Ti相组成的组织,基体与多孔层界面处裂纹及缺陷逐渐减少并形成稳定的冶金结合,内外层晶粒不断细化,但过高的烧结温度会导致多孔层孔隙融合连通,使得梯度结构遭到破坏,同时表面多孔层孔隙率与平均孔径呈缓慢减小趋势;合金压缩弹性模量随烧结温度升高变化不明显,而抗压强度呈显著增大趋势。与块体NiTi合金及多孔NiTi合金相比,所制备梯度合金不仅具有良好的界面结合和表层孔隙特征、较高的抗压强度及较低的弹性模量,还具有优异的超弹性性能。     

超音速火焰喷涂NiTi合金涂层的形状记忆效应

采用超音速火焰喷涂制备超致密NiTi合金涂层,通过后续热处理获得优化相变结构,并通过压痕法分析涂层的形状记忆效应。光学显微镜及扫描电镜对NiTi合金涂层微观结构表征显示,喷涂制备态涂层由内部岛状-链状界面叠片组成,涂层致密孔隙率约为0.82%。X射线衍射分析显示,NiTi涂层制备态为全奥氏体,经时效处理析出Ni₄Ti₃相。压痕法分析表明,在制备态及时效态涂层中均获得了一定的单程及双程形状记忆效应。X射线物相分析及差示扫描量热仪对比分析揭示,时效析出的第二相粒子显著增加形状记忆效应。     

NiTi合金中一个新的时效析出相

用自蔓延燃烧合成法(SHS)制备了比较致密的NiTi合金,并对经固溶和时效处理后的合金进行了X射线衍射和透射电子显微术分析,在样品中除了有热处理前就存在的Ti_2Ni外,又出现了两种相,一种是已报道过的Ti_(11)Ni_(14)(又称Ti_3Ni_4),为菱形结构(a=0.67nm,α=113.85°),它与基体(B2结构,a=0.302nm)的关系为:(111)_(Ti)_(11)Ni_(14)∥(111)_B_2,{110}_(Ti)_(11)_(Ni)_(14)∥{123}_(B2)另一种为新的时效析出相,可用基体中部分Ti原子被Ni原子占据形成的长程有序结构描述,晶格常数为0.873nm,分子式为Ti_(13)Ni_(14)它是一种时效析出亚稳相。     

限空间自蔓延法制备多孔NiTi合金及性能表征

以Ti粉和Ni粉为原料,对粉末进行预处理后,采用限空间自蔓延工艺制备多孔NiTi合金,对合金的孔隙结构、物相和超弹性等性能进行表征,进一步通过体外细胞毒性试验(MTT法)评价合金的生物安全性能。结果表明:粉末未进行预处理时,难以获得孔隙结构理想的多孔合金。对粉末进行适当的预处理后,可以获得综合性能优异的多孔NiTi合金。合金中的孔隙分布均匀,孔隙形状近球形,孔隙率为34%,孔径为100～500μm。合金物相由单一的B2相组成,具有良好的超弹性,在2.5%和4.0%应变下经过3次循环加载-卸载压缩测试,未产生残余应变。2种应变时对应的抗压强度分别为250和363 MPa,弹性模量为15.4 GPa。MTT试验显示细胞形态体征正常,细胞毒性为1级,表明制备的多孔NiTi合金具有良好的生物安全性能。     

SPS烧结温度对NiTi/表面多孔Ti梯度合金组织和性能的影响

利用放电等离子烧结技术制备NiTi/表面多孔Ti梯度合金,研究不同烧结温度对梯度合金微观组织、表面孔隙特征、力学性能及体外生物活性的影响及机理。结果表明:随着烧结温度的升高,梯度合金组织由NiTi、α-Ti、Ni、Ti_2Ni、Ni_3Ti混合相逐渐转变为单一NiTi和α-Ti相,内外层界面形成良好冶金结合,表面孔隙率和平均孔径呈缓慢减小趋势;同时抗压强度值快速增大而弹性模量值变化不大;1000℃制备的梯度合金不仅具有良好的表面孔隙特征(孔隙率35.8%、平均孔径423μm)、较高的抗压强度(632 MPa)、较低的弹性模量(9 GPa)及优异的超弹性行为(超弹性恢复应变4%),而且体外生物活性显著提高。     

非晶态Ti_3Ni_2合金在Ni/MH电池中的电化学性能(英文)

采用机械球磨晶态Ti_3Ni_2(Ti2Ni/TiNi)合金的方法制备非晶态的Ti_3Ni_2合金,并研究其电化学性能。充放电测试结果显示,非晶态Ti_3Ni_2合金成功地解决了晶态Ti_3Ni_2合金在高温下(333K)循环寿命极短的缺点。在333K循环19次后,相对于晶态Ti_3Ni_2合金较低的容量保持率(39.47%),其非晶态合金有效的将容量保持率提高到88.83%。通过Tafel极化,线性极化以及交流阻抗测试,发现这种改善源于非晶态Ti_3Ni_2合金的耐蚀性远优于其晶态合金。     

Ti_(15.5)Ni_(49.5)Zr_(35)合金粉体的晶化过程

利用机械合金化技术制备了Ti_(15.5)Ni_(49.5)Zr_(35)合金粉体,发现球磨后的合金粉末颗粒直径大致在微米量级。球磨时间越长,非晶化程度越高,合金化现象更明显。退火态的合金粉末中出现了NiTi、Ni_2Zr和ZrO_2等相,证明退火使得Ti_(15.5)Ni_(49.5)Zr_(35)粉末实现了从非晶态向晶态转变的晶化过程。     

TiC含量对多孔TiC/NiTi复合材料组织及力学性能的影响

采用微波烧结技术制备了多孔TiC/NiTi复合材料,研究了TiC含量和NH_4HCO_3含量对复合材料的显微组织、抗压强度和抗弯强度的影响。结果表明,TiC颗粒均匀弥散地分布在多孔NiTi合金基体中,TiC与NiTi基体界面结合良好。多孔TiC/NiTi复合材料由NiTi、Ni_3Ti、Ti_2Ni和TiC相组成。TiC颗粒未改变多孔NiTi合金的相组成,但使合金孔隙数量减少而孔径增大。随着TiC含量的增加,多孔TiC/NiTi复合材料的孔隙率增大。当NH_4HCO_3含量为0时,随着TiC含量的增加,多孔TiC/NiTi复合材料的抗压强度和弹性模量先增加后降低,在5 mass%时达到最大值,分别为1663.22 MPa和6.87 GPa。当NH_4HCO_3含量为10%时,复合材料的抗压强度和弹性模量随TiC含量的增加而下降。TiC颗粒的添加对多孔NiTi合金的抗弯强度具有负面影响,复合材料的抗弯强度随着TiC含量的增加而下降。此外,NH_4HCO_3可大幅度增加多孔TiC/NiTi复合材料的孔隙率,但同时也大幅度降低复合材料的抗压强度和抗弯强度。     

TiNi和TiNiCu记忆合金可逆应变能与温度的经验关系

在实验基础上研究了Ti_(50)Ni_(50),Ti_(50)Ni_(45)Cu_2)和Ti_(50)Ni_(45)Cu_5的可逆形状记忆效应,得到可逆应变能U_r与温度的经验关系: U_r=U_0[1-exp(-mT_R~N)] 式中,n是形状一温度敏感指数,m是与材料特性有关的常数.移植Johnson-Mehl-Avrami描述相变-时间关系的唯象方法,得到与可逆形状记忆效应相伴随的热弹性马氏体相变与温度的半定量关系,且与上述经验关系对应.