纳米晶Ni52Ti48形状记忆合金的制备及变形行为研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wkp418907
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近年来器件的发展逐渐趋于小型化与轻质化,对Ni Ti形状记忆合金的高超弹应力和环境服役能力提出了新挑战。已探知,纳米晶Ni Ti记忆合金具有高的屈服强度与超弹应力;提高Ni Ti合金中的Ni含量也可以提高超弹应力,同时能够降低Ms,因此可以降低超弹下限温度,拓宽超弹温域。但由于高Ni-Ni Ti记忆合金室温塑性较差,难以通过传统的方法制备纳米晶材料。本文中,利用“固溶原子析出增塑+机械回溶(非晶化)+低温晶化”首次制备出纳米晶Ni52Ti48(at.%)记忆合金,研究其微观结构、相变与变形行为,以及经时效处理后材料的微观组织结构、相变与变形行为。本文的主要研究内容及结果如下:高Ni含量(Ni含量≥51.5 at.%)的Ni Ti记忆合金塑性变形能力差,无法通过常规冷变形将晶粒纳米化。我们受珠光体钢中,渗碳体能够在冷变形中完全回溶至基体的启发,通过时效处理使得Ni52Ti48记忆合金中过饱和Ni原子析出形成Ni4Ti3相,降低基体Ni含量,提升其塑性变形能力,再通过冷拔大变形将Ni4Ti3回溶,同时将材料非晶化。最后经过低温晶化退火,首次获得了纳米晶Ni52Ti48记忆合金。所得纳米晶Ni52Ti48记忆合金平均晶粒尺寸为10 nm。原子探针结果表明纳米晶Ni52Ti48中存在明显Ni原子晶界偏析现象,即晶界附近Ni原子浓度最高可达60%(at.%),而晶粒内部Ni含量约为49%(at.%)。纳米晶Ni52Ti48记忆合金能够在-180℃至120℃这一超宽温域展现出高强度与良好的超弹性,室温下超弹应力达1.1 GPa,断裂强度达2.1 GPa,填补了宽温域高强度形状记忆合金领域的空白。我们还发现纳米晶Ni52Ti48的晶粒尺寸较Ni50.2Ti49.8合金具有更好的退火温度稳定性,即其晶粒尺寸退火温度敏感性低,推测可能是材料内部Ni原子偏聚在晶界处使得晶界的迁移能力下降所导致。我们发现在低温长时间时效的纳米晶Ni52Ti48记忆合金(平均晶粒尺寸为29nm)中发现Ni4Ti3相,系首次在纳米晶Ni Ti记忆合金中直接观察到Ni4Ti3相的存在。时效后的纳米晶Ni52Ti48记忆合金由于晶粒尺寸增大,Ni含量降低,其超弹性及超弹温域较时效前有所下降。Ni4Ti3析出相在基体变形过程中展现出超大的晶格应变(~4.3%),远高于粗晶中Ni4Ti3析出相的最大晶格应变(~2.7%)。
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