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。     

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。     

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。     

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。     

退火温度对等径角挤压处理Ti_(49.2)Ni_(50.8)合金马氏体相变的影响（英文）

利用X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微观察(TEM)与差示扫描量热分析(DSC)研究退火处理对等径角挤压Ti_(49.2)Ni_(50.8)合金马氏体相变行为的影响。经等径角挤压及后续退火处理的Ti_(49.2)Ni_(50.8)合金在室温下由B2母相、Ti_4Ni_2O相与B19′马氏体相组成。冷却过程中试样均表现出B2→R→B19′两步相变。加热过程中,退火温度不超过400°C的试样呈现B19′→R→B2两步相变;退火温度高于500°C的试样呈现B19′→B2一步相变。等径角挤压过程中引入的位错导致R相变的相变区间变宽。     

Microstructure and Mechanical Properties of NiTi Shape Memory Alloys by In Situ Laser Directed Energy DepositionEI北大核心CSCD

以Ni粉与Ti粉为原料,采用激光定向能量沉积(LDED)技术制备NiTi形状记忆合金。利用XRD、物相拟合、SEM、EDS和DSC等测试方法,对NiTi合金的显微组织、物相含量和物相转变进行分析,随后采用压缩圆柱样品进行形状记忆效应测试,并评估其形状记忆效应。激光能量密度较低时,NiTi合金中产生大量Ni_(4)Ti_(3)相沉淀,随着激光能量密度增加,Ni_(4)Ti_(3)相消失。激光能量密度为20.0 J/mm^(2)时,NiTi合金具有2878 MPa的压缩断裂强度与34.9%的压缩失效应变,且样品在循环20 cyc后具有88.2%形状记忆恢复率。     

纳米SiO2颗粒增强NiTi基复合材料的制备及组织性能研究

采用等离子烧结法(SPS)制备不同含量(1%4%,质量分数)纳米SiO2增强NiTi基复合材料,研究SiO2添加对NiTi-SiO2复合材料的显微组织、相变点、力学性能及断裂特征的影响。结果表明,所制备的NiTi-SiO2复合材料其显微组织主要由B2-NiTi相、B19’-NiTi相、Ni3Ti相、Ti2Ni相以及SiO2相组成,SiO2颗粒均匀弥散地分布在NiTi基体中。随SiO2加入量的增加,合金的相变特征温度,Mf、As和Af下降,但SiO2的添加量对Ms温度影响不大。SiO2颗粒对NiTi合金的强化效果明显,随颗粒加入量增加,其断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂。在6%变形范围内,添加SiO2颗粒的复合材料具有更高的回复率,表现出更好的超弹性。     

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。     

冷轧加工纳米结构Ti_(50)Ni_(48)Co_2形状记忆合金的超弹性行为（英文）

研究冷轧后退火对Ti_(50)Ni_(48)Co_2形状记忆合金显微组织演化和超弹性性能的影响。结果表明,在冷轧制过程中,合金的显微组织经历了应力诱导马氏体相变和马氏体塑性变形、变形孪晶、马氏体中沿孪晶和不同晶界的位错堆积、纳米晶化、非晶化以及马氏体向奥氏体的可逆相变6个基本阶段。在400℃退火1 h后,冷轧样品中形成的非晶相完全晶化,生成了一个完全纳米晶体的结构。这种纳米晶体合金的峰应力高达730 MPa,明显高于粗晶Ni_(50)Ti_(50)和Ti_(50)Ni_(48)Co_2合金。而且,纳米晶Ti_(50)Ni_(48)Co_2合金具有较高的阻尼容量和较好的储能效率。     

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。     

显微组织不均匀性对富Ti含量Ti-Ni合金负热膨胀行为的影响

采用真空电弧熔炼技术结合水冷铜模快速凝固工艺制备出在一定温度范围内具有负热膨胀行为的系列成分富Ti含量Ti_(100-x)Ni_x(x=38~50,摩尔分数,%)熔铸态与吸铸态合金。结果表明:合金的负热膨胀行为主要源于升温过程中B19′→B2逆马氏体相变所引起的体积变化。富Ti含量Ti-Ni合金在室温下的主要物相为B19′-NiTi相和Ti_2Ni相,通过热膨胀实验数据和混合定则(ROM)计算所得的B19′相、Ti_2Ni相和B2相的热膨胀系数值与文献报道实验结果非常接近。所制备合金的显微组织具有明显择优取向生长特征,导致合金的负热膨胀行为呈现显著的各向异性。当合金中Ni含量增加时,样品的负热膨胀系数沿最大冷却速率方向增大,而在垂直于最大冷却速率方向上先增大后减小。     

钽对(Ni51Ti49)1-xTax和Ni50Ti50-yTay形状记忆合金相变行为的影响

向TiNi形状记忆合金中添加第三或第四组元是改变它们相变特性的有效途径。人们发现,添加Co、Fe、Cr等能降低TiNi基形状记忆合金马氏体转变温度,而添加Hf、Pd能提高TiNi基形状记忆合金马氏体转变温度;此外,添加铜能降低TiNi基形状记忆合金的相变滞后宽度,而添加铌则增大TiNi基形状记忆合金的相变滞后宽度。美国科研人员系统地研究了钽对(Ni51Ti49)1-xTax和Ni50Ti50-yTay合金相变特性的影响。合金采用六次电弧熔炼(预真空度为13mPa~33mPa),然后在氩气中浇注到水冷铜模中形成锭重为20g~35g的铸锭(6mm×12mm×125mm),铸锭封装到…     

NiTi形状记忆合金的相变温度滞后

用透射电镜、正电子湮没和电阻测量,研究了NiTi形状记忆合金的组织结构与相变滞后的关系结果表明,经不同制度时效处理的组织,其相变温度滞后大小的顺序是:片状马氏体>R相>束状马氏体。Ti_(11)Ni_(14)相质点周围的共格应力场对这些相的可逆转变起障碍作用。正电子湮没Doppler展宽能谱S参数值与试样的温度滞后值之间存在线性关系,从而确认Ti_(11)Ni_(14)相析出的错配位错密度及由此而建立的晶体中弹性应力场分布是决定NiTi合金相变温度滞后的主要因素。     

纳米晶NiTi形状记忆合金/Nb纳米线复合材料超弹应力的温度依赖性

NiTi形状记忆合金因其超弹性已经得到广泛应用,然而传统NiTi合金马氏体相变的超弹应力随温度的降低而快速减小(6～7 MPa/K),显著制约了其在宽温域中的应用。本文通过熔炼、锻造及拔丝获得纳米晶NiTi/Nb丝材,然后采用透射电子显微镜、差示扫描量热仪及拉伸试验机分别研究丝材的显微组织、相变行为及超弹性能。结果表明：纳米晶NiTi/Nb丝材中NiTi合金的平均晶粒尺寸为14 nm,丝材在降温和升温过程中分别发生热诱发B2→R相变和R→B2相变。在328～376 K温度范围内,纳米晶Ni Ti/Nb丝材应力诱发B2→B19′相变超弹应力的平均值为1002 MPa,超弹应力的温度依赖性为4.1 MPa/K。     

NiTiTa形状记忆合金的时效处理

本文采用DSC、XRD、湿微硬度测试以及SEM观察等实验手段,对Ni46Ti44Ta10合金经450℃时效的相变过程、显微组织变化和时效硬化进行了分析研究。结果表明：经时效处理后,由于Ti11Ni14沉淀相的引入,而产生显著的固溶硬化和沉淀硬化效应。Ni46Ti44Ta10合金的显微组织主要由NiTi相（B19’）,NiTi(B19’）和β－Ta构成的共晶组织及弥散的NiTa2化合物组成。合金经450℃不同时间时效的相变过程为B2→B19。经时效处理后,合金不仅具有优越的形状记忆效应,同时还达到了最高硬化效果。     

TiNiW合金微观结构与相变特性研究

采用差示扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了添加钨对钛镍形状记忆合金显微组织与相变行为的影响。研究结果表明,TiNiW_(0.3)和TiNiW_(0.5)(原子分数)合金组成相为母相B2和析出相Ti_2(Ni,W);TiNiW_3和TiNiW_6(原子分数)合金组成相为母相B2、析出相Ti_2(Ni,W)以及富W固溶体相W-s,其中,Ti_2(Ni,W)相扫描电子形貌呈现不规则颗粒状,长条状以及栅栏状,W-s相电子形貌呈现不均匀颗粒状,团簇长大且均匀弥散分布于基体中;同时,添加钨使铸锭晶粒细化,产生了细晶强化与固溶强化效应,屈服强度和硬度随钨含量的增加而提高。850℃保温15min固溶处理后,TiNiW合金冷却/加热过程的相变类型为A→M/M→A,且随钨含量的增加,相变温度范围逐渐宽化,相变温度下降,且降低速率逐渐趋缓。     

Ni_4Ti_3沉淀相对镍钛形状记忆合金相变的影响(英文)

镍钛形状记忆合金样品分别在573、723和873 K时效2 h。在573和723 K时效的镍钛样品中,可以观察到2个R相变体,而且这2个R相变体与B2基体之间的取向关系可以确定。在573和723 K时效的镍钛样品中,细小均匀的Ni4Ti3沉淀相与B2奥氏体基体之间保持共格关系。在873 K时效的镍钛样品中,可以观察到Ni4Ti3沉淀相在晶粒内部和晶界处析出,不均匀的Ni4Ti3沉淀相与B2基体之间保持共格、半共格和非共格关系。对于873 K时效的镍钛样品,加热时发生B19'马氏体向B2奥氏体转变的一阶相变,但在冷却时发生B2-R-B19'的二阶相变。723 K时效的镍钛样品在冷却时也表现出B2-R-B19'的二阶相变,但在加热时发出B19'-R-B2的二阶相变。对于573 K时效的镍钛样品,由于Ni4Ti3沉淀相周围的局部应力不均匀和局部成分不均匀,则其发生三阶相变。     

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。     

热/强磁场耦合时效对富镍Ti-Ni形状记忆合金相变行为的影响

采用示差扫描量热仪(DSC)和透射电子显微镜(TEM),研究热/强磁场耦合时效对Ti-50.6%Ni(摩尔分数)形状记忆合金中Ti3Ni4相析出及相变行为的影响。结果表明:经过500℃、2.5 h热/强磁场耦合时效处理后,Ti-50.6%Ni合金呈现典型的三阶段相变,即晶界附近的B2—R转变、晶内的B2—B19′转变和晶界附近的R—B19′转变;随着磁感应强度的增加,B2—R相变峰和B2—B19′相变峰均向低温区漂移,而R—B19′相变峰位基本保持不变。TEM观察显示,热/强磁场耦合时效后,晶界附近的Ti3Ni4析出相数量明显减少,表明热/强磁场耦合时效可能阻碍了晶粒内部的Ni向晶界周围迁移,抑制了Ti3Ni4相的形核。     

Ti2Ni/TiNi微叠层复合材料的制备及表征

将Ti箔和Ni箔交替排列,在900℃条件下,通过热压烧结法来制备Ti_2Ni/TiNi微叠层复合材料。研究了保温时间对复合材料的微观组织及相组成的影响。采用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射(XRD)及差示扫描量热分析(DSC)对不同保温时间下制备的复合材料的微观组织、相组成、相结构及相变温度进行分析。结果表明:随着保温时间的增加,Ti和Ni逐渐消耗,在其界面上形成Ti_2Ni、TiNi、Ni_3Ti3种金属间化合物。当Ni消耗完毕,Ti原子向Ni_3Ti层扩散,使之完全转变成TiNi。当Ti完全消耗,仅有交替排列的Ti_2Ni和TiNi两相存在,且在TiNi层上分布着颗粒状和条状的Ti_2Ni相。保温8h后制备的Ti_2Ni/TiNi叠层复合材料的相变温度A_s、A_f、M_s、M_f及相变迟滞温度ΔT分别为75.9,99.2,63.6,45.7和32.5℃。