發(fā)布時(shí)間：2020-03-21 13:30

【摘要】：記憶合金薄膜集溫度、應(yīng)力感知和驅(qū)動(dòng)為一體,比表面積小、輸出功率大,且兼具體材料的各種優(yōu)點(diǎn),在微機(jī)電領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)Ti Ni合金阻尼峰溫域窄,馬氏體相為高阻尼相,但由于其相變溫度低,限制了其在高溫環(huán)境中的應(yīng)用。本文研制了高相變溫度、寬溫域、高阻尼的Ti-Ta-Zr-Fe記憶合金薄膜。采用直流磁控濺射的方法制備合金薄膜。通過原子力顯微分析、掃描電子顯微分析研究濺射工藝參數(shù)對薄膜成分和表面形貌的影響,優(yōu)化了工藝參數(shù);采用X射線衍射儀、透射電子顯微鏡考察了不同F(xiàn)e含量薄膜的相組成和微觀組織結(jié)構(gòu);采用彎曲法測量了合金薄膜馬氏體逆相變溫度;采用動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀和納米壓痕儀研究了合金薄膜的力學(xué)性能和阻尼行為。研究發(fā)現(xiàn),濺射功率增大,薄膜中Ti含量先增加后減少,Ta、Zr含量先減少后增加,表面粗糙度先增大后減小;Ar工作氣壓增大,Ti含量減少,Ta含量增加,Zr含量先減少后增加,表面粗糙度增大。濺射功率200W、Ar工作氣壓0.15Pa,時(shí)間120min時(shí)可獲得高質(zhì)量、接近目標(biāo)成分的Ti-Ta-Zr-Fe合金薄膜。組織結(jié)構(gòu)分析顯示,薄膜的室溫相組成均為母相和馬氏體相共存。Fe含量增大,相變溫度降低,X射線衍射譜顯示母相增多。薄膜的微觀組織均是晶粒尺寸在30nm~60nm的納米晶,隨著Fe含量增大,晶粒尺寸減小。彎曲試驗(yàn)顯示薄膜呈現(xiàn)雙程記憶效應(yīng),屬高溫記憶合金薄膜。在-100℃~100℃之間,不同F(xiàn)e含量的薄膜升降溫過程中均出現(xiàn)阻尼峰。薄膜降溫過程中阻尼峰值較升溫過程高。Fe含量增加,合金薄膜的阻尼性能提高,儲能模量增加,阻尼峰向低溫移動(dòng)。頻率升高使得阻尼峰向高溫方向移動(dòng),阻尼峰值增大。頻率為20Hz時(shí),1.0at.%Fe的合金薄膜阻尼峰值最高,為0.116。應(yīng)變振幅變化,薄膜的阻尼行為不變。升溫時(shí)高阻尼溫度范圍較寬,-15℃~75℃溫度區(qū)間內(nèi)阻尼值在0.04以上,屬于寬溫域高阻尼合金薄膜。薄膜阻尼產(chǎn)生的微觀機(jī)制為晶界弛豫。隨著Fe含量的增加,薄膜的抗拉強(qiáng)度和拉伸斷裂延伸率均增大。Fe的加入同時(shí)提高了薄膜的塑性和抗拉強(qiáng)度。含1.0at.%Fe的薄膜抗拉強(qiáng)度為657MPa、斷裂延伸率為12.8%。納米壓痕試驗(yàn)的結(jié)果表明,合金薄膜的彈性模量和硬度隨Fe含量增加而增大。
【圖文】：

Ti-Ni基記憶合金的阻尼-溫度譜

- 5 -圖 1-2 均質(zhì)化處理后各成分合金的微觀組織結(jié)構(gòu)[17]a) Ti50.2Ni49.8，b)Ti46.0Ni45.0Nb9.0，，c)Ti46.0Ni43.5Nb9.0Mo1.5，d)Ti46.0Ni43.5Nb9.0Mo1.5合金 TiNi 基體中富 Nb 像的電子衍射花樣究表明[18]吸鑄 Ti-Ni 合金具有高的阻尼性能，其最大內(nèi)耗值比常i 合金的最大內(nèi)耗值高 20%。吸鑄 Ti-Ni 合金中存在大量細(xì)小的晶使得其基體中存在更多的晶界和各種相界面，有利于提高 Ti-Ni
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 徐祖耀;相變內(nèi)耗與偽滯彈性[J];金屬學(xué)報(bào);2003年11期

2 徐祖耀;相變及相關(guān)過程的內(nèi)耗[J];中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年S3期

3 方前鋒,朱震剛,葛庭燧;高阻尼材料的阻尼機(jī)理及性能評估[J];物理;2000年09期

4 張小農(nóng),吳人潔,張荻;高阻尼金屬基復(fù)合材料的發(fā)展途徑[J];材料開發(fā)與應(yīng)用;1997年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 鄭曉航;Ti-Ta-Zr高溫記憶合金的馬氏體相變與形狀記憶效應(yīng)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 孫小剛;Ni-Mn-Ga/樹脂基復(fù)合材料的相變、阻尼與磁致應(yīng)變研究[D];上海交通大學(xué);2011年

3 劉超;磁控濺射Ni-Mn-Ga合金薄膜的相變行為與性能[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

本文編號：2593403