本文關(guān)鍵詞：制備工藝對鈦系形狀記憶合金組織性能的影響研究

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【摘要】：鈦系形狀記憶合金因其良好的變形能力、耐腐蝕性、生物力學(xué)穩(wěn)定性以及良好的生物相容性等特點(diǎn),在生物醫(yī)學(xué)、航空和航天領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。近年來,Ti-Ni、Ti-Nb系合金的形狀記憶效應(yīng)及其超彈性是材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。要獲得高性能的Ti系形狀記憶合金,在關(guān)注其形狀記憶效應(yīng)的同時(shí),還需調(diào)控制備工藝以獲得優(yōu)異的力學(xué)性能。由于具有升溫速度快、燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時(shí)間短、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn),放電等離子燒結(jié)(SPS)是一種適合制備超細(xì)晶/細(xì)晶合金的材料制備工藝。有鑒于此,本文將Ti-Ni、Ti-Nb系合金作為研究對象,以放電等離子燒結(jié)(SPS)、鑄造法作為制備工藝,結(jié)合DSC、XRD、SEM、TEM等多種材料分析方法和測試技術(shù)對Ti系合金的相組成、微觀結(jié)構(gòu)、及其力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,旨在探索具有優(yōu)異力學(xué)性能形狀記憶合金的較最佳成形方法及制備工藝,為今后形狀記憶合金方面的研究提供一定的理論指導(dǎo)及實(shí)驗(yàn)依據(jù)。首先,將Ti49.8Ni50.2-xCux(x=0,2.5,5,7.5)合金粉末進(jìn)行60h機(jī)械球磨,通過DSC及XRD測試分析,確定其已接近完全非晶態(tài),終態(tài)粉末平均顆粒尺寸為20μm。選取x=5及x=7.5兩種合金,對其晶化動(dòng)力學(xué)和晶化機(jī)制進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:x=7.5的合金晶化所需的形核能以及晶粒長大所需的能量均高于x=5的合金粉末,表明x=7.5的合金粉末具有更好的熱穩(wěn)定性;通過計(jì)算得出x=7.5的合金粉末的平均Avrami指數(shù)n=2.13,而x=5的合金粉末平均n=2.46,n值的降低意味著形核率的降低。隨后,研究了SPS制備的Ti Ni Cu系塊狀合金的組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能。結(jié)果表明:通過SPS制備的Ti49.8Ni45.2Cu5合金具有更加優(yōu)異的力學(xué)性能,其斷裂強(qiáng)度為2372MPa,斷裂應(yīng)變達(dá)到17%,而其他合金都屬于脆性斷裂。斷裂方式與其微觀結(jié)構(gòu)密切關(guān)聯(lián),連續(xù)的基體及均勻分布的第二相是促成優(yōu)異力學(xué)性能的主要原因。其后,將SPS與鑄造法制備的Ti49.8Ni50.2-xCux合金在900℃進(jìn)行熱處理,并其分別進(jìn)行了DSC、SEM及EDX測試的對比分析,研究表明Ti49.8Ni50.2合金的記憶效應(yīng)發(fā)生了明顯變化。原始燒結(jié)態(tài)合金的相變峰不太明顯,而經(jīng)SPS熱處理后,Ti49.8Ni50.2合金中的相變峰變得非常明顯,其轉(zhuǎn)變滯后為12℃;且熱處理后合金中Ni Ti2相大幅減少,同時(shí)又析出了Ni4Ti3相;而同成分的鑄造態(tài)合金經(jīng)熱處理后,隨著熱處理溫度的升高,其Ms逐漸下降,而As基本保持不變,這主要是由于沉淀相的析出改變了基體化學(xué)成分,進(jìn)而引起相變點(diǎn)變化所致。最后,研究了熱處理工藝對SPS制備的Ti-24Nb-x Zr(x=0,2,6)塊狀合金相組成、超彈性及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:Ti-24Nb-6Zr塊狀合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能,其屈服強(qiáng)度為1733MPa,壓縮斷裂強(qiáng)度為2680MPa,斷裂應(yīng)變?yōu)?3%;燒結(jié)態(tài)合金經(jīng)熱處理后,在前幾次的循環(huán)試驗(yàn)中基本可以完全回復(fù),且Ti-24Nb-6Zr塊狀合金可以同時(shí)獲得2.56%的超彈性應(yīng)變,且此時(shí)的可恢復(fù)應(yīng)變?yōu)?.89%;在600℃時(shí)效1h,Ti-24Nb-x Zr(x=0,2,6)塊狀合金可獲得較好的超彈性,且Ti-24Nb-6Zr塊狀合金可獲得1.85%的超彈性應(yīng)變及5.58%的可恢復(fù)應(yīng)變。
【關(guān)鍵詞】：形狀記憶合金 非晶晶化 放電等離子燒結(jié) 超彈性
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG139.6
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 引言12
• 1.2 TiNi形狀記憶合金研究進(jìn)展12-15
• 1.2.1 超彈性與形狀記憶效應(yīng)的關(guān)系13
• 1.2.2 Ti-Ni形狀記憶合金的影響因素13-15
• 1.2.2.1 化學(xué)成分的影響14-15
• 1.2.2.2 熱處理溫度的影響15
• 1.2.2.3 冷變形的影響15
• 1.3 TiNb形狀記憶合金的研究進(jìn)展15-19
• 1.3.1 Ti-Nb合金的超彈性16-17
• 1.3.2 合金元素對Ti-Nb合金的影響17-19
• 1.4 形狀記憶合金的制備19-20
• 1.5 高強(qiáng)韌鈦系合金放電等離子燒結(jié)制備研究現(xiàn)狀20-22
• 1.6 本論文的研究目的、意義和內(nèi)容22-23
• 1.6.1 研究目的和意義22-23
• 1.6.2 研究內(nèi)容23
• 1.7 課題來源23-24
• 第二章 試驗(yàn)方法與研究方案24-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及成分確定24
• 2.2 合金粉末制備24-25
• 2.3 超細(xì)晶塊體合金的制備25
• 2.4 熱處理工藝25
• 2.5 樣品表征分析方法25-30
• 2.5.1 DSC熱物性分析25-26
• 2.5.2 致密度分析26
• 2.5.3 XRD相分析26-27
• 2.5.4 力學(xué)性能分析27
• 2.5.5 化學(xué)元素分析27
• 2.5.6 TEM分析27
• 2.5.7 SEM分析27-28
• 2.5.8 模具設(shè)計(jì)28-30
• 第三章 機(jī)械球磨法制備Ti_(49.8)Ni_(50.2-x)Cu_x非晶粉末30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 Ti_(49.8)Ni_(50.2-x)Cu_x (x=0，2.5，5，7.5)非晶粉末的制備30-40
• 3.2.1 XRD相轉(zhuǎn)變分析30-31
• 3.2.2 SEM形貌分析31-33
• 3.2.3 DSC熱物性分析33-34
• 3.2.4 晶化動(dòng)力學(xué)研究34-36
• 3.2.5 銅含量對Ti_(49.8)Ni_(50.2-x)Cu_x合金晶化機(jī)制的影響36-39
• 3.2.6 銅元素對Ti_(49.8)Ni_(50.2-x)Cu_x合金非晶形成能力的影響39-40
• 3.3 本章小結(jié)40-42
• 第四章Ti_(49.8)Ni_(50.2-x)Cu_x形狀記憶合金的組織性能研究42-54
• 4.1 非晶粉末的燒結(jié)參數(shù)42
• 4.2 銅含量對燒結(jié)合金的組織性能的影響42-46
• 4.2.1 銅含量對合金相組成的影響42-46
• 4.3 鑄造法制備合金的組織性能46-48
• 4.4 銅含量對記憶轉(zhuǎn)變溫度的影響48-52
• 4.5 兩種工藝制備合金的形狀記憶效應(yīng)對比分析52-53
• 4.6 本章小結(jié)53-54
• 第五章 鈦鈮系形狀記憶合金的組織性能研究54-76
• 5.1 引言54
• 5.2 Ti-24Nb-x Zr (x=0,2, 6)粉末的制備54-56
• 5.2.1 XRD相分析54-56
• 5.3 Zr含量對鈦鈮合金組織性能的影響56-61
• 5.3.1 XRD相分析57
• 5.3.2 SEM結(jié)構(gòu)分析57-59
• 5.3.3 力學(xué)性能分析59-61
• 5.4 熱處理工藝對合金相組成及組織的影響61-63
• 5.5 斷口形貌分析63-65
• 5.6 Ti-Nb合金的超彈性性能65-73
• 5.6.1 Zr含量對合金循環(huán)壓縮力學(xué)性能的影響67-69
• 5.6.2 時(shí)效溫度對合金循環(huán)壓縮力學(xué)性能的影響69-72
• 5.6.3 與鑄造法制備合金的對比分析72-73
• 5.7 循環(huán)壓縮的變形機(jī)理73
• 5.8 本章小結(jié)73-76
• 全文結(jié)論76-78
• 參考文獻(xiàn)78-86
• 攻讀碩士期間取得的研究成果86-87
• 致謝87-88
• 附件88

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 尹燕;徐仰濤;沈婕;夏天東;;三元Ni-Ti基形狀記憶合金的研究現(xiàn)狀[J];材料導(dǎo)報(bào);2006年12期

2 李元元;鄒黎明;楊超;;粉末冶金法合成高強(qiáng)低模超細(xì)晶醫(yī)用鈦合金[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年10期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 江鴻杰;輕質(zhì)高強(qiáng)高阻尼Ni-Ti形狀記憶合金與復(fù)合材料的制備及其性能研究[D];華南理工大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 翟甲友;醫(yī)用鈦基形狀記憶合金的設(shè)計(jì)及其組織與性能研究[D];湘潭大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：766532