tinipd形状记忆合金的应用基础性研究

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1、摘要对于富Ti的Ti5∽

2、Ni20-xPd30高温形状记。Ig#-余，不仅可以通过沉淀硬化和热加工的手段来提高形状记J『乙性能，而且和贫Ti的Ti50-。Ni2叶xPd30相比较具有相变温度高的优点，在航空、航天，汽车等领域用作驱动器具有诱人的应用前景。本文的工作着眼于富Ti的TiNi-Pd合金的应用基础性研究，围绕着实际应用和相关的理论进行展开，使用差示扫描量热计(DSC)、动态热机械分析仪(DMA)、X射线衍射仪(Ⅺ①)、透射电子显微镜(TEM)以及岛津拉伸试验机等设备，从合金的相变、力学性能(形状记忆性能)、氧化性能等不同角度，对TiNi，Pd形状记忆合金及薄膜进行了系统

3、的研究。本文首先研究了TiNi合金在变温条件下的热学性能。试验指出相交所经历的时间随加热速度的增大呈指数关系ir或e!,-而趋于一极值；确定了TiNi合金的热容，发现合金的奥氏体相和马氏体相的热容具有不同的变化趋势：用测定的比热容计算了电流加热的nNi丝的温度。进一步的研究表叽近等原子比的m与铂族元素(Ni，Pd,Pt)化合都可以形成形状记忆合金，并且马氏体相变开始温度随着铂族元素原子量的增加而显著增大。根据前人的研究结果，探索了Ti-铂族形状记忆合金相变温度高的原因。研究了马氏体相变开始温度在2000(7以上的富1i的面5帆Ni2胡d30高温形状记忆合金中的相变，并讨论了轧制

4、对合金相变的影响。发现通过不同的热处理工艺可以产生两种相变行为。当高温固溶体态的合金在随后炉冷的条件下，可获得一阶相变(B2出19)；而若随后淬火，则可获得两阶相变(B2一B19一B19’)。在较低的温度下退火，不能改变合金的相变行为。在一阶相变的合金中，存在大量的Ti2Ni(Pd)析出物，它的析出使基体中的n偏离了名义成分。在两阶相变的合金中，低温马氏体(B19)呈狭长的板条状，与一阶相变的马氏体(B19)形貌明显的不同。一般认为当Pd的原子分数超过20％时，TtNiPd记忆合金中只存在一阶相变，而我们的实验证明还存在两阶相变。对于一阶相变，合金的弹性模量曲线在相变区域呈现了

5、一个凹谷，阻尼也只有一个峰值；而对于两阶相变，阻尼则有两个重叠的峰值，弹性模量曲线上有一个明显的台阶，此台阶对应于B19-B19相变，另一个对低频敏感的凹谷则对应于B2-B19相变。在两阶相变中，低温马氏体的弹性模量比高温奥氏体的模量高10GPa。所测得的这些动力学性能参数为基于振动控制的智能材料与结构系统的设计提供了有价值的信息。与具有两阶相变的可5∽cNi20-xPd30合金相比，具有一阶相变的合金的力学性能较好。随着变形量的增大，合金的记忆回复率降低。在奥氏体转变结柬温度附近拉伸，合金中应力诱发的马氏体在卸载后不能逆相变恢复到奥氏体状态，使得合金在相变结束温度以上仍然具有

6、形状记忆效应。测定了n5。(Ni2嘛Pd30合金在不同的循环加载条件下的弹性回线，发现回线的形状特征及性质与加载历程有关。对于处于稳定单相的试样，弹性回线为弹性滞后回线；而在奥氏体转变结束温度附近加载，则可以获得完全的线性伪弹性，与通常所说的伪弹性不同，它涉及到了奥氏体和应力诱发马氏体的协调变形。合金的超弹性应变以及相变应变可以通过施加不同的预应变得以提高。探索了通过长时间退火和添加稀土的方法来改善TnNiPd合金的伪弹性。两种合金在400℃退火，具有较好的伪弹性，随退火温度的升高，性能下降。在相同条件下，与Ti5lNi2IPd28(Ce)合金相比，n50削i194P‰合金具有

7、较好的伪弹性。nm6Nil9,4Pd30合金在6000C一18h退火后产生了明显的退火织构，稀±ce的加入有效地阻止了再结晶过程的发生，增加了临界应力，但恶化了伪弹性性能。用磁控溅射法制备了相变温度达180oC的高温形状记忆合金薄膜，但磁控溅射薄膜的成分与靶材成分存在明显的区别。溅射的薄膜呈非晶态，晶化后薄膜在室温下B19’和B19两种马氏体相共存，同时还有面刑i和Ti2Pd两种析出物。薄膜中能产生B19．B2一阶相变和BIg'-B19-B2两阶相变。在约束下晶化的薄膜表现出双程形状记忆效应。对TiNi、TiNiPd以及TiNiPd(Ce)三种形状记忆合金氧化的研究表明，当氧化

8、温度低于600℃时，氧化增重速率很低。合金在氧化之后产生多层的氧化膜，其最外层都是由晶红石(Ti02)组成。二元合金TiNi的氧化膜呈现明显的两层，而TiNiPd合金的氧化膜则为四层。加稀土的TiNiPd(Ce)合金的氧化膜呈现出多层的结构，可分为五层。提出TnNi03和Ti4Pd：0在氧化过程中充当了离子交换的媒介。试验显示，氧化后TiNi合金中Ti的成分损失不大，而TiNiPd和TiNiPd(ce)合金氧化后，Ti的成分减少很多，显微硬度从台金表面到内部线性降低。关键词：TiNi—Pd形