镍钛铪高温记忆合金薄膜研究进展.pdf

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1、综述舰天制造技术镍钛铪高温记忆合金薄膜研究进展孟晓凯赵春旺(内蒙古工业大学理学院，呼和浩特010051)摘要：概述了镍钛铪高温形状记忆合金薄膜的研究状况，介绍了该合金薄膜的制备及热处理工艺，重点阐述了晶化特性、相变行为、显徽结构、表面特性、形状记忆效应及力学行为，并对其相应的微观机理做了分析，最后指出了当前研究中存在的问题及将来的发展前景．关键词：镍钛铪；形状记忆合金；薄膜；晶化；相变；显微结构DeVelopmentofNi—Ti-HfHighTempe阳向lI．eMemo巧Alloy1hiIlFihnsMeng)【i∞kai压∞Chunwang(C

2、ollegeofSci饥ce，I衄尉M∞90liaUnive娼蚵ofTcchnology，Ho址【0t010051)Abstract：1kdevelopm印tofNi-Ti·Hfhi曲t锄p钉an鹏shapem锄。可aIloyn血fih璐is飑、，iewedintbispap既Thef．abIi训∞processandth锄al讹a恤entmc也oda托in仃0(hlced．Besides，thcd咖mc丽s6csofc巧stal：蜥。玛phaSe由随璐f0删训onbehaVior'microstrIlctIl把，s耐-aceproperties，s

3、hapem锄orye丘．cct蛐dm仪蜥calbtIhaViora他focusedon，趾ditscon-espondingmicroscopicmechanismisalsoanab，zed．Finally’也epap盯pointsout也epmbl伽啮柚ddevelopm％tpros

4、pectsofNi-Ti—Hfshapem舢valloythinfilms．Keywords：Ni-Ti—Hf．shapememo巧“10y：tllinfilms；c巧stallizalion；ph觞e昀璐fbmIalion：mic∞s觚lctum1引言作为一种新型

5、的智能功能材料，Ni-Ti合金以其优异的形状记忆特性、奇特的超弹性效应以及优良的生物相溶性和耐磨耐蚀性受到研究者的广泛关注，在航天航空、机械工程、医疗卫生及日常生活等多领域发挥重要作用。但随着高温应用需求的紧迫，具有高相变温度的记忆合金，即高温形状记忆合金，成为广大科研工作者的研究焦点。通过添加第三组元的方法，如用Hf替代与其同族的Ti得到的Ni．Ti．Hf形状记忆合金，工作性能优异、价格低廉，相变温度提高明显且高于100℃，非常适合高温情况应用【¨。另外，随着微电子机械系统的发展及薄膜制备工艺的成熟，具有高响应速度、高灵敏度、易集成化的合金薄膜应运

6、而生并得到广泛研究【21。而Ni-Ti．Hf薄膜的研究也成了形状记忆合金薄膜研究者的前沿课题。本文就Ni．Ti．m高温形状记忆合金薄膜的研究状况进行了综述，介绍了合金薄膜的制备处理工艺，重点阐述了晶化特性、相变行为、显微结构、表面特性、形状记忆效应及力学行为，并对其相应的微观机理做了分析。作者简介t盂晓凯(198卜)，硕士，物理电子学专业；研究方向：记忆合金薄膜。基金项目：教育部高等学校博士学科点专项科研基金(20101514ll∞02)收稿日期：2012-06-26

7、糕2012年8月第4期2制备及热处理工艺薄膜的制备工艺对于薄膜的成分、组织结构及其

8、他性能具有重要影响。对于Ni．Ti．Hf记忆合金薄膜而言，目前已尝试了多种制备工艺，如直流磁控溅射法[3~10】、脉冲直流溅射法[1l】、脉冲激光熔融法【12]、冷轧超薄叠层合金化法【13】。其中，直流磁控溅射法以其制造方便、性价比高的优良特点成为广大科研工作者的首选方法；而Gu等人所采用的脉冲激光熔融法虽然价格较贵，但获得的薄膜纯度较高、污染较小；四川大学提出的冷轧超薄叠层合金化法是制备Ni．Ti．Hf记忆合金薄膜的有效方法，采用塑性好、易变形的金属箔为原材料，并按一定的原子比将金属箔交互重叠放置，然后进行冷轧退火处理，就可获得所需的合金薄膜，该方

9、法成分容易控制，合金晶粒细小，疲劳寿命高，价格成本低。在合金薄膜的溅射制备过程中，可以使用NiTiHf单靶、使用NiTi靶和Hf靶、或使用Ni、Ti、Hf三靶进行同时溅射。在沉积温度的选择上，可以选择室温沉积，也可以选取衬底加热；就基片而言，多数研究者选择硅基片，但也有用玻璃做基底的；关于工作气体，多数实验采用惰性气体心气，但R-asmussen【9J发表的专利认为用心气做工作气体更可取，因为这种工作气体下得到的薄膜脆性减小、性能改善、力学特性好，薄膜质量明显得到改善。‘目前文献中所制备的薄膜成分及特征温度见表l。表1Ni．Ti—Hf薄膜的典型成分与

10、特征温度成分／at，％相变特征温度／℃晶化温度／℃参考文献Ni4940‰20Hflo40^耳=67．00，五