TiNi(Cu、Mn)合金组织、伪弹性及抗蚀性的研究

论文摘要

NiTi记忆合金是当前应用最广的形状记忆合金,为拓宽其应用范围常常添加第三种元素,如用Cu部分代替Ni能降低合金的成本,Mn的加入可以降低合金的相变温度等。NiTi合金除了具有优异的形状记忆效应外,还有在工程上得到较多应用的伪弹性以及在生物医用领域上有较多应用的抗腐蚀性能,因此对NiTi合金的这两种性能的研究具有现实指导意义。本论文以TiNi(Cu、Mn)合金为研究对象,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、全自动压力试验机以及电化学工作站等分析测试手段,研究了Cu、Mn及时效时间对NiTi合金组织、压缩伪弹性及抗蚀性能的影响。结果表明,经450℃C时效8h、12h、24h后,NiTi二元合金的物相构成主要为B2体心立方NiTi相,TiNiCu与TiNiCuMn合金的物相构成主要为B2体心立方NiTi相或CuNiTi2相；其中NiTi与TiNiCu合金经过450℃×12h时效后能得到相对均匀的组织,TiNiCuMn合金将随时效时间的增加其组织变得均匀；在合金成分方面,NiTi二元合金组织最均匀,Cu元素有利于颗粒相在晶粒内部析出,Mn在一定程度上会抑制颗粒相从晶界扩散到晶粒内。实验表明,本实验所制得的合金在压缩实验中呈现出伪弹性效应；Cu元素的添加会使基体中析出大颗粒相,破坏晶体结构的完整性,不能改善TiNi合金的伪弹性性能,而是随Cu含量的增加,颗粒相尺寸增大,伪弹性性能表现的越差；而同时添加了Cu、Mn的NiTi合金,其伪弹性性能有所改善,在一定的压缩循环条件下明显优于NiTi二元合金,但位错等缺陷会随循环加载的进行而引入,使合金的弹性性能变差。在pH=7.4的0.9%NaCl生理盐水中的电化学腐蚀实验表明,在各腐蚀试样中,经过450℃×8h时效的NiTi二元合金具有最佳的抗蚀性。对于NiTiCu二元合金,经过450℃×8h时效后,随Cu含量的增加,合金抗蚀性能会下降,其腐蚀形貌一般为海绵疏松状。对于TiNiMn三元合金,其抗蚀性整体表现较稳定,受时效时间影响不大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 NiTi记忆合金的特性
• 1.2.1 NiTi合金的二元相图
• 1.2.2 NiTi合金的晶体结构
• 1.2.3 马氏体相变
• 1.2.4 NiTi合金的形状记忆效应
• 1.2.5 NiTi合金的伪弹性效应
• 1.2.6 第三元素对NiTi记忆合金的影响
• 1.2.7 NiTi合金的腐蚀行为
• 1.3 本课题研究的主要内容和创新点
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 创新点
• 第2章 合金的制备和研究方法
• 2.1 合金的制备
• 2.1.1 本论文所用试剂及主要仪器设备
• 2.1.2 铸态合金的制备
• 2.1.3 热处理态合金的制备
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 显微组织分析
• 2.2.2 XRD分析
• 2.2.3 伪弹性分析
• 2.2.4 电化学腐蚀性能分析
• 第3章 Cu、Mn及时效时间对TiNi合金组织的影响
• 3.1 引言
• 3.2 待测试样的制备
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 铸态组织观察与分析
• 3.3.2 热处理态组织结构观察与分析
• 3.3.3 SEM组织观察与能谱分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 Cu、Mn对TiNi合金伪弹性的影响
• 4.1 引言
• 4.2 待测试样的制备
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 各试样的应变关系
• 4.3.2 各试样的临界应力关系
• 4.4 本章小结
• 第5章 TiNi（Cu、Mn）合金的电化学腐蚀试验
• 5.1 引言
• 5.2 待测试样的制备
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 动电位极化扫描结果
• 5.3.2 恒电位极化扫描结果
• 5.3.3 金属腐蚀后的SEM分析
• 5.3.4 腐蚀后金属表面的能谱分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果