【摘要】：等原子比的鎳鈦形狀記憶合金因其具有優(yōu)良的形狀記憶效應(yīng)、超彈性和良好的生物相容性而被廣泛地運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。但是在鎳鈦合金的傳統(tǒng)熔煉制備過(guò)程中,由于成分偏析、雜質(zhì)等因素的影響,使得合金成分不均勻,最終會(huì)嚴(yán)重影響合金的性能。另外,鑄錠在后期的塑性成型過(guò)程中,由于鎳鈦合金的加工硬化率高,所以單道次的變形量小,需要進(jìn)行多道次加工。而采用粉末冶金法制備鎳鈦合金,則能有效的避免傳統(tǒng)熔煉工藝的不足之處,且粉末冶金法能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的近凈成型,減少后期的加工。既能節(jié)約原料,還能減少生產(chǎn)工序,提高生產(chǎn)效率。本研究以金屬鎳粉和鈦粉為原料,通過(guò)粉末燒結(jié)成型來(lái)制備鎳鈦合金。主要采用了壓制成型(金屬粉末—壓制成型—燒結(jié))和凝膠注模成型(金屬粉末—料漿—澆注成型—燒結(jié))兩種成型工藝來(lái)制備鎳鈦合金,通過(guò)XRD、SEM、顯微硬度等測(cè)試分析方法,主要研究了燒結(jié)工藝、燒結(jié)方法、原料狀態(tài)等因素對(duì)制備出合金致密度的影響。得到的結(jié)果如下:(1)對(duì)壓制成型的Ni-Ti坯體進(jìn)行真空燒結(jié),發(fā)現(xiàn)在1050℃下,隨著燒結(jié)時(shí)間的增加,合金組織中的NiTi相含量增多,Ni3Ti和NiTi2等雜質(zhì)相含量減少,合金密度值和硬度值都增加。燒結(jié)2~8小時(shí),合金的密度為5.97~6.10g.cm-3,孔隙率為5.5%~7.4%,硬度為347.5~408.43HV,晶粒度為10~30um。其中燒結(jié)6小時(shí)制備出的合金最為理想,其密度為6.1g.cm-3,致密度達(dá)到94.6%,硬度值達(dá)到408.4HV,與致密態(tài)鎳鈦合金的理論密度(6.45g.cm-3)最為接近。而在900℃下燒結(jié)2~8小時(shí),合金的密度從5.57g.cm-3增至5.63g.cm-3,其中燒結(jié)8小時(shí)得到合金的密度值最大,為5.63g.cm-3,致密度為87.3%,硬度為284.6HV。在1050℃下燒結(jié)出的合金的平均密度值比在900℃下燒結(jié)制備出的合金的平均密度值高出0.44g.cm-3,平均硬度值高出146HV。但是,高溫?zé)Y(jié)下合金的晶粒尺寸長(zhǎng)大也更加明顯,在1050℃下燒結(jié)時(shí)間從2小時(shí)增加到8小時(shí),合金的晶粒尺寸從10um增加到20~30um。(2)在NiTi合金的燒結(jié)過(guò)程中,Ni、Ti原子間的相互擴(kuò)散優(yōu)先形成NiTi2和Ni3Ti相,然后再通過(guò)Ni Ti2+Ni→Ni Ti和Ni3Ti+Ti→Ni Ti的轉(zhuǎn)變生成Ni Ti,但當(dāng)坯體中的Ni和Ti被消耗完后,剩余的NiTi2和Ni3Ti將殘留在組織中,這也是即便在1050℃下燒結(jié)8小時(shí),合金組織中仍存在少量的NiTi2和Ni3Ti相的原因。(3)采用凝膠注模成型的方法制備N(xiāo)i-Ti坯體,在制備N(xiāo)i-Ti料漿的過(guò)程中發(fā)現(xiàn),料漿的粘度值隨著固含量的升高而升高。料漿中分散劑含量的增加則使的Ni-Ti料漿的粘度值先降低然后緩慢增加。在250r/min,球料比1:1的球磨條件下,球磨60min能使油酸的分散效果達(dá)到最佳,料漿的粘度大大降低。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析,最終選擇Ni-Ti料漿的固含量為43%,分散劑加入量為金屬粉末質(zhì)量的1%,引發(fā)劑的的添加量為有機(jī)單體質(zhì)量的1.7%,催化劑的添加量為有機(jī)單體積的10%。通過(guò)測(cè)量干燥過(guò)程中Ni-Ti凝膠坯體質(zhì)量的變化和對(duì)DSC-TG結(jié)果的分析,確定了坯體干燥工藝為60℃下干燥時(shí)間24h,排膠工藝為300℃和450℃兩個(gè)溫度下分別排膠1h和4h。(4)以機(jī)械球磨制備的Ni-Ti混合粉和Ni-Ti合金粉為原料,用凝膠注模成型技術(shù)制備成的Ni-Ti坯體,然后在1050℃下真空燒結(jié)4小時(shí)。燒結(jié)后發(fā)現(xiàn),以Ni-Ti合金粉為原料制備的合金組織中NiTi相含量更多,且各相在組織中的分布更加均勻,但是以合金粉為原料燒結(jié)出的合金中鈦的氧化物也要多一些,而Ni-Ti混合粉燒結(jié)出的合金組織中的雜質(zhì)相更多。兩種粉末燒結(jié)后的合金組織中都存在大量均勻分布微孔,材料的密度也較低,合金粉為原料制備出的合金密度為5.42g.cm-3,孔隙率為16%,混合粉為原料制備出合金的密度為5.38g.cm-3,孔隙率為16.6%。但是在腐蝕后的晶相組織中,發(fā)現(xiàn)以Ni-Ti合金粉為原料制備出的合金的晶粒尺寸更細(xì)小。(5)在相同的燒結(jié)工藝下,對(duì)凝膠注模成型后的Ni-Ti坯體分別采用真空燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)制備鎳鈦合金。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),兩種燒結(jié)方式所制備出的合金的XRD測(cè)試結(jié)果基本一樣,說(shuō)明這兩種燒結(jié)方式對(duì)合金的物相組織并沒(méi)有影響。對(duì)兩種合金的微觀組織進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)熱等靜壓燒結(jié)出的合金組織中的孔洞更少,其密度為5.9g.cm-3,孔隙率為8.5%,硬度為226.2HV,而真空燒結(jié)出的合金的密度為5.42g.cm-3,孔隙率為16%,硬度為192.6HV。從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以得出,采用熱等靜壓燒結(jié)能明顯提高材料的致密性和硬度。
【圖文】：

士學(xué)位論文 狀記憶合金的發(fā)展1932 年，美國(guó)的 lander 就在 Au-Cd 合金中觀察到了類(lèi)橡皮效inger[6]等發(fā)現(xiàn) Cu-Zn 合金在加熱和冷卻的過(guò)程中，馬氏體會(huì)隨的現(xiàn)象。1949 年，俄羅斯的 Kurdiumov[7]等人發(fā)現(xiàn)在 Cu-Sn 合生長(zhǎng)的現(xiàn)象。1951 年張祿經(jīng)和 T.A. Read[8,9]觀察到 Au-Cd 合金可逆性。但是當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起人們足夠的重視，直到 1962 年美的 Buehler[10]等在等原子比的鎳鈦合金中觀察到了宏觀形狀變才逐漸引起了人們的重視。隨后科研人員開(kāi)始對(duì)這種具有特殊究，直到 1969 年，這種具有形狀記憶效應(yīng)的鎳鈦合金才首次在在 F14 戰(zhàn)斗機(jī)上使用的鎳鈦記憶合金管接頭是該類(lèi)合金應(yīng)用的“阿波羅”號(hào)宇宙飛船也采用了鎳鈦合金作為天線，如圖 1.1。

NiTi 形狀記憶合金的應(yīng)用1 機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用① 連接件：采用鎳鈦形狀記憶合金制作機(jī)械零件、管道接口連接件。其，連接性能優(yōu)于焊接，特別適用于航天航空、船艦、核工業(yè)和海底輸油接[23]。另外在一些人工不方便裝配的部位，用形狀記憶合金制成銷(xiāo)釘，件后進(jìn)行加熱處理，加熱時(shí)其尾部自動(dòng)分開(kāi)并卷曲，，從而實(shí)現(xiàn)連接緊固如圖 1.2 所示。② 驅(qū)動(dòng)原件：利用形狀記憶合金加熱時(shí)產(chǎn)生的恢復(fù)力對(duì)外做功的特點(diǎn)制備成各種驅(qū)動(dòng)原件，并通過(guò)溫度的改變來(lái)達(dá)到控制的目的。其靈敏度簡(jiǎn)單，可靠性好[23,24]。③ 制動(dòng)原件：用形狀記憶合金制作的制動(dòng)零件主要用于汽車(chē)上，控制、懸吊等�？商岣甙踩�、可靠性和舒適性。如德國(guó)的寶士公司和美hem 公司將鎳鈦合金制作成的彈簧引入汽車(chē)拍檔系統(tǒng)中，用記憶性能來(lái)的同時(shí)還可增加減緩器的效能[23-25]。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TF125

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;Effects of Ta Addition on NiTi Shape Memory Alloys[J];Journal of Materials Science & Technology;2000年05期

2 田青超,吳建生;Characteristic of specific heat capacity of NiTi alloy phases[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2000年06期

3 ;Deposition of Bioactive Layer on NiTi Alloy by Chemical Treatment[J];Journal of Materials Science & Technology;2002年06期

4 ;DSC study on temperature memory effect of NiTi shape memory alloy[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2006年S1期

5 ;Two-stage Strain Recovery of Explosively Welded NiTi/NiTi Shape Memory Alloys Prestrained in Martensitic Phase[J];Petroleum Science;2006年03期

6 華英杰;;Effect of Nitrogen Ion Implantation on the Structure and Corrosion Resistance of Equiatomic NiTi Shape Memory Alloy[J];Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science Edition);2006年04期

7 楊雋;高家誠(chéng);常鵬;汪建華;;Characterization of PEG-Like Macromolecular Coatings on Plasma Modified NiTi Alloy[J];Plasma Science and Technology;2008年02期

8 姜海昌;戎利建;;多孔NiTi形狀記憶合金中Ni的釋放行為[J];金屬學(xué)報(bào);2008年02期

9 江樹(shù)勇;;Deformation Mechanism of Hot Spinning of NiTi Shape Memory Alloy Tube Based on FEM[J];Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science Edition);2012年05期

10 李潔;周勇;張俊;;多孔NiTi合金制備的研究現(xiàn)狀[J];熱處理技術(shù)與裝備;2013年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 何曉燕;趙連城;;NiTi記憶合金應(yīng)用兩例[A];首屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1992年

2 崔立山;鄭長(zhǎng)良;陳非霞;楊大智;;NiTi記憶合金的輸出應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系[A];第二屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1995年

3 譚凱;顧勇冰;林夢(mèng)海;王南欽;;形狀記憶合金NiTi的多體勢(shì)研究[A];第四屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2001年

4 燕鑄;崔立山;鄭雁軍;;爆炸合成NiTi/NiTi合金的相變行為[A];第六屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（8）[C];2007年

5 褚世永;郭偉國(guó);;溫度和應(yīng)變率對(duì)NiTi記憶合金恢復(fù)率的影響[A];第五屆全國(guó)爆炸力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

6 陳慶福;田文彥;左曉寶;;NiTi合金超彈阻尼減振及其結(jié)構(gòu)在多遇和罕遇地震的反應(yīng)[A];2008全國(guó)功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2008年

7 R.H.Zhou;Q.P.Sun;;Effect of Ambient Convection on Domain Pattern Selection in a Stretched Polycrystalline NiTi SMA Strip[A];Proceedings of the 16th Annual Conference of Hong Kong Society of Theoretical and Applied Mechanics 2012、The 1st Mainland-Hong Kong Youth Forum on Mechanics 2012、The 8th Shanghai-Hong Kong Forum on Mechanics and Its Application 2012[C];2012年

8 H.Yin;Y.J.He;Q.P.SUN;;Temperature Oscillation Under Cyclic Phase Transition of NiTi Shape Memory Alloy[A];Proceedings of the 16th Annual Conference of Hong Kong Society of Theoretical and Applied Mechanics 2012、The 1st Mainland-Hong Kong Youth Forum on Mechanics 2012、The 8th Shanghai-Hong Kong Forum on Mechanics and Its Application 2012[C];2012年

9 梁學(xué)磊;沈惠敏;王業(yè)寧;REN X;OTSUKA K;SUZUKI T;;NiTi單晶的超聲衰減研究[A];全國(guó)第六屆固體內(nèi)耗與超聲衰減學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2001年

10 李伯龍;趙連城;;NiTi形狀記憶合金在機(jī)器人中的應(yīng)用[A];首屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1992年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 劉霞;日研究人員開(kāi)發(fā)彈性鐵合金[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 潘柏平(Phan Ba Binh);NiTi形狀記憶合金摩擦過(guò)程的影響因素研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 宋迪;超彈性NiTi形狀記憶合金微管的疲勞行為及損傷演化模型研究[D];西南交通大學(xué);2015年

3 張磊;高強(qiáng)低模多孔NiTi-HA生物復(fù)合材料的制備與性能研究[D];昆明理工大學(xué);2017年

4 劉洪濤;極端條件下NiTi基形狀記憶合金形變機(jī)制研究[D];東北大學(xué);2013年

5 張靜嫻;多孔NiTi合金表面溶膠凝膠法制備生物活性涂層及相關(guān)性能研究[D];華南理工大學(xué);2011年

6 徐吉林;NiTi合金表面微弧氧化改性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

7 李大圣;優(yōu)化造孔劑法燒結(jié)制備多孔NiTi合金與復(fù)合材料及其相關(guān)性能研究[D];華南理工大學(xué);2009年

8 龍血松;NiTi 形狀記憶合金微—宏觀本構(gòu)模型及其應(yīng)用[D];重慶大學(xué);2014年

9 華英杰;NiTi生物醫(yī)學(xué)材料表面改性電子結(jié)構(gòu)研究[D];大連理工大學(xué);2003年

10 王海瑞;醫(yī)用NiTi合金表面TiO_2膜層的制備及生物活性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 鄺虎;成型工藝對(duì)NiTi合金結(jié)構(gòu)和性能影響的研究[D];重慶大學(xué);2017年

2 馮電穩(wěn);NiTi合金微弧氧化陶瓷膜層的研究[D];天津理工大學(xué);2015年

3 蔚佳瑩;基于NiTi-LDH的納米金屬催化材料的制備及其性能研究[D];北京化工大學(xué);2015年

4 李蓓;NiTi水滑石基復(fù)合光催化劑的構(gòu)筑及其可見(jiàn)光催化性能研究[D];北京化工大學(xué);2015年

5 曹子建;多晶體NiTi形狀記憶合金材料斷裂特性的實(shí)驗(yàn)研究[D];黑龍江大學(xué);2015年

6 陳強(qiáng);鑄態(tài)NiTi合金的熱變形行為及其加工圖研究[D];南昌航空大學(xué);2016年

7 郭逢凱;NiTi合金表面銠鍍層的制備與結(jié)構(gòu)和性能[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

8 奚望;CoCr、NiTi、Ni/NiO片層自支撐電極制備及電催化研究[D];黑龍江大學(xué);2016年

9 栗智;SPS制備N(xiāo)iTi表面多孔梯度合金的組織與性能研究[D];昆明理工大學(xué);2017年

10 朱成武;多孔NiTi合金的制備及性能表征[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2680356