镍钛合金微米纤维的制备与弹热性能研究

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1、硕士学位论文镍钛合金微米纤维的制备与弹热性能研究PROCESSINGANDELASTOCALORICEFFECTSINNi-TiALLOYMICROWIRES商成哈尔滨工业大学2017年6月国内图书分类号：TB381学校代码：10213国际图书分类号：669.2密级：公开工程硕士学位论文镍钛合金微米纤维的制备与弹热性能研究硕士研究生：商成导师：张学习教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2017年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:

2、TB381U.D.C:669.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPROCESSINGANDELASTOCALORICEFFECTSINNi-TiALLOYMICROWIRESCandidate：ShangChengSupervisor：Prof.ZhangXuexiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：Sch

3、oolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要NiTi合金具有超弹性应变大、相变温度可调、工程应用广泛等优点；在弹热性能方面，相比于其它的材料，NiTi合金的绝热温变和等温熵变都比较大。针对固体制冷小型化及块体材料传热难的研究背景，本文采用冷拉拔方法制备了直径30μm-130μm的

4、NiTi合金纤维，并采用化学腐蚀制备骨头状微小试样，系统研究超弹性训练、热处理及纤维直径对NiTi合金纤维超弹性及弹热效应的影响。制备的NiTi合金纤维直径均匀、试样的腐蚀区与未腐蚀区过渡圆滑。对冷拉拔态NiTi合金纤维进行了450℃不同时间的热处理，热分析（DSC）结果表明，由于冷拉拔态NiTi合金纤维内部缺陷导致的内应力，纤维的马氏体相变受到抑制。热处理后，由于缺陷回复和应力场消失，NiTi合金纤维出现马氏体相变，且随着时间的延长，NiTi合金纤维逐渐出现了R相变，并且马氏体相变逐渐与R相变

5、分离。利用透射电镜（TEM）分析热处理状态的NiTi合金纤维的显微组织，发现NiTi合金纤维的晶粒尺寸约为30nm，没有观察到析出相。为了提高NiTi合金纤维的超弹性稳定性，在进行超弹性测试之前进行训练是必要的。经过超弹性训练后，NiTi合金纤维具有小且稳定的临界应力、小的应力滞后和小的残余应变。未经训练的NiTi合金纤维的等温熵变在温度升高过程中从约60J/(Kg·℃)减小到约40J/(Kg·℃)，而经过训练纤维的等温熵变一直稳定在40J/(Kg·℃)。另外，热处理会影响NiTi合金纤维的超弹

6、性和弹热效应，450℃/90min热处理的NiTi合金纤维超弹性临界应力和应力滞后水平最小，残余应变也较小；450℃/60min和450℃/90min热处理的NiTi合金纤维具有基本相同的等温熵变值，约为40J/(Kg·℃)，而450℃/120min热处理的NiTi合金纤维的等温熵变在温度升高过程中，从55J/(Kg·℃)衰减45J/(Kg·℃)。纤维的直径会影响NiTi合金纤维的性能。NiTi合金纤维的超弹性平台应变、临界应力、应力滞后和等温熵变均随着直径的减小呈现先增大后减小的趋势，并在直径

7、86μm处得到极大值；直径86μm的NiTi合金纤维的等温熵变约为60J/(Kg·℃)；直径67、51和33μm的NiTi合金纤维的超弹性训练-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文逐渐开始出现不稳定的现象，其累积残余应变不断增大，特别是直径为33μm的NiTi合金纤维，无法得到稳定的超弹性训练结果；经过训练以后，超弹性完全丧失。关键词：NiTi合金微米纤维；化学腐蚀；热处理；超弹性；弹热效应-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractNiTialloyhastheadvantagesof

8、highsuperelasticstrain,adjustablephasetransformationtemperatureandwideapplicationofengineering.Intermsofelastocaloricperformance,theadiabatictemperaturechangeandisothermalentropychangeofNiTialloyarelargerthanothermaterials.Inthispaper,NiTialloymicrow