钛镍形状记忆合金的研究进展
自-镍钛形状记忆合金材料的生物相容性研究进展
镍钛形状记忆合金材料的生物相容性研究进展摘要:镍钛形状记忆合金作为重要的生物医用材料已经获得了广泛的应用，但镍离子在人体环境中的释放引起了人们的忧虑。
本文结合有关镍钛形状记忆合金材料生物相容性方面的研究论文, 阐述了镍钛形状记忆合金的概念、工作原理、物化性能、生物相容性、医学应用以及发展趋势等。
关键词:Tｈe nitｉ shape memｏry alloy biocomｐａtibiliｔｙＳuｒface moｄｉｆiｃａｔｉon1引言生物医用材料（biｏmedicａｌｍatｅriaｌ)是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。
它是研究人工器官和医疗器械的基础,己成为材料学科的重要分支,尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。
当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来,科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官,生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业．由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。
生物体内各种材料和部件有各自的生物功能。
它们是“活”的,也是被整体生物控制的。
生物材料中有的是结构材料,包括骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织;还有许多功能材料所构成的功能部件,如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞组成的薄膜内而形成的无散射、无吸收、可连续变焦的广角透镜。
在生物体内生长有不同功能的材料和部件，材料科学的发展方向之一是模拟这些生物材料制造人工材料。
它们可以做生物部件的人工代替物，也可以在非医学领域中使用。
前者如人工瓣膜、人工关节等；后者则有模拟生物黏合剂、模拟酶、模拟生物膜等镍钛形状记忆合金因具有独特的形状记忆效应、超弹性、较高的疲劳极限、优良的耐磨性及良好的生物相容性,在医学领域获得了广泛的应用,如畸齿丝、心血管扩张支架、骨折修复材料等。
作为一种长期植入人体的生物材料，不仅要具有良好的生物力学性能,而且还要有优异的耐蚀性和生物相容性。
镍钛形状记忆合金在颌面部牵张成骨技术中的研究进展
Ｒｅ ｉ ｗ ｆ Ｎｉ ｈａｐ ｅ ｏ ｙ Ａｌｏ ｙ ｉ Ｄｉｔ ａ ｔｖ ｔ ｏ ｅ ｓｓ ｖ ｅ ｏ ＴｉＳ ｅ Ｍ ｍ ｒ ｌ ｒ ｎ ｓ ｒ ｃ ｉ ｅ Ｏｓｅ ｇ ｎｅ ｉ
Ｎ ｕ－ ｎ ，ＬＶ ｉｙ ｎ ，Ｘ Ｕ ｎ ｙ ｎ ，Ｘ Ｕ Ｈｏ ｐｅ ｇ Ｚｈ — ｏ ｇ Ｄｏ ｇ－ ａ ｇ Ｘｕ— ｕ ｎ ｇ ａ ｇ
在 口 内遗 留创 口， 响正 常饮 食 。 影 容易 感染 ． 须定 且 期 加力 。牵 张器 至少需 带 ３个月 以上 ，影 响正 常生
软组织 ， 到关 闭裂 隙或矫 治缺 损 的 目的ｌ 达 Ｉ Ｉ 张成 。牵 骨技术 的牵张器 种类 很多 ，例 如王 兴等 自行 研制 的
内置式 颌 骨牵 张器 ， 明军 等［自行 研制 的三 维骨 牵 崔 ２ １
（ｅ ａｔ ｎ ｒｌ ｎ ｘｌｆｃａ ｕｇ ｒ， ｈ ｅ ｏ ｄ ｆ ｌ ｔｄＨｏｐｔ ， Ｄｐｒ ｍｅ ｔｆＯ ａ ａｄＭａ ｉｏａ ｉ Ｓ ｒｅｙ Ｔ ｅＳ ｃｎ Ａｆ ｉ ｅ ｓ ｉ ｌ ｏ ｌ ｌ ｉ ａ ａ
Ｈ ｅｂｎＭｅ ｉａ Ｕ ｉ ｒｉ ， ａ ｒｉ １ ０ ０ ， ｅｌ ｇｉｎ ｒｖｎｅ Ｃ ｉａ ａ ｒｉ ｄｃ ｎ ｅｓ ｙ Ｈ ｅｂｎ ５ ０ ８ Ｈ ｉ ｎｊａｇＰｏ ｉｃ， ｈｎ） ｌ ｖ ｔ ｏ
张器等 。但 用镍 钛形 状记 忆合 金牵 张器 临床 应用 报
医用多孔Ni-Ti形状记忆合金的制备和性能研究进展
替代等领域。如何获得能够诱导骨组织或器官再生的多孔
Ｎｉ — Ｔ ｉ 形 状记 忆合 金 是 目前 的研究 热 点 。本 文 对 多 孔 Ｎ Ｔ ｉ
医用 多孔 Ｎｉ — Ｔｉ 形 状记 忆合金 的制 备和 性 能研 究进展 ／ 董 晓 蓉等
・ ７ １ ・
医用 多孑 Ｌ Ｎ ｉ — Ｔ ｉ 形 状 记 忆合 金 的 制备 和 性 能研 究进 展
董 晓蓉， 左孝青 ， 钟子龙 ， 谢香 云
（ 昆 明理工大学材料科学与工程学 院， 昆明 ６ ５ ０ ０ ９ ３ ）
ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ，ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｍｅ ｍｏ ｒ ｙ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ，ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ － ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｉ ｔ ｙ，ａ ｎ ｄ ｂ ｉ ｏ ｅ ｏ ｍｐ ａ ｔ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｒ ｏ ｕ ｓ Ｎｉ － Ｔｉ Ｓ Ｍ Ａｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｒ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｔ ｏ ｂ ｅ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ．Ｆｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｎｉ — Ｔｉ Ｓ Ｍ Ａ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｅ ｃ ａ ｓ ｔ ｅ ｄ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ｐ ｏ ｒ ｏ ｕ ｓ Ｎｉ － Ｔｉ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｍｅ ｍｏ ｒ ｙ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｓ ，ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｐ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
镍钛合金奥氏体转变为马氏体的研究
镍钛合金奥氏体转变为马氏体的研究镍钛合金是一种重要的形状记忆合金，具有良好的力学性能和独特的形状记忆效应。
其中，奥氏体和马氏体是镍钛合金中两种常见的组织结构。
奥氏体是一种面心立方晶体结构，具有良好的韧性和可塑性；而马氏体是一种体心立方晶体结构，具有较高的硬度和弹性。
在镍钛合金中，当受到外界温度或应力的变化时，奥氏体与马氏体之间会发生相变，这种相变引起了许多研究者的关注。
研究人员通过实验和理论模拟等方法，对镍钛合金奥氏体转变为马氏体的机制进行了深入研究。
他们发现，奥氏体与马氏体之间的相变是由于镍钛合金中的微观结构发生了变化。
具体而言，这种相变是由于合金中的镍和钛原子在应力和温度变化的作用下重新排列形成马氏体的晶格结构。
在奥氏体转变为马氏体的过程中，研究人员发现了一些关键因素，如温度、应力和合金成分等。
他们发现，随着温度的降低或应力的增加，奥氏体向马氏体的相变速率会增加，并且相变温度也会发生变化。
合金的成分也会对相变性能产生影响。
研究表明，调节合金中镍和钛的含量可以改变相变温度和相变速率，从而对镍钛合金的性能进行调控。
除了通过实验方法进行研究外，一些研究人员还利用计算模拟方法来模拟镍钛合金奥氏体转变为马氏体的过程。
他们使用分子动力学模拟或基于第一性原理的计算方法，对合金中原子的运动和相互作用进行建模和仿真。
这些模拟结果不仅可以揭示相变的微观机制，还可以预测合金的力学性能和形状记忆效应等方面的变化。
总结回顾一下，镍钛合金奥氏体转变为马氏体是由于合金中的微观结构发生了变化。
通过调控温度、应力和合金成分等因素，可以改变相变温度和相变速率，从而对镍钛合金的性能进行调控。
通过实验和计算模拟等方法可以深入理解相变的机制和影响因素，为合金的设计和应用提供理论依据。
在我的理解中，镍钛合金中奥氏体与马氏体的相变是一种特殊的晶体结构变化现象。
这种相变效应使得镍钛合金具有形状记忆和超弹性等独特的功能。
研究镍钛合金奥氏体转变为马氏体的机制不仅对于揭示材料科学中晶体结构与性能之间的关系具有重要意义，还为合金的设计和应用提供了新的思路和方法。
镍钛形状记忆合金尺寸效应的实验研究
Typical curve of superelasticity
实验 中 5 个 不 同 高 径 比 试 件 的 压 缩 应 力 应 变 曲 与典型超弹性应力应变图 2 的基本趋 线如图 3 所示， 势相似， 但又 很 不 同 。 5 个 曲 线 之 间 也 有 很 大 差 别， 最直观的， 随高径 比 增 加， 曲线的形状由狭长条带状 逐渐变为典型的旗帜状 。
镍钛形状记忆 合 金 以 其 特 有 的 性 质 受 到 各 行 各 其潜在的性质越来越引起研究者的兴 业的广泛关注， 趣 。 镍钛形状记忆合金具有良好的生物相容性， 由其 制成的骨科内固定物已广泛应用于临床， 如镍钛形状 记忆合金锯齿臂环抱内固定器 、 镍钛形状记忆合金自 锁式髓内钉 、 镍钛 形 状 记 忆 合 金 抓 髌 器 、 镍钛形状记 忆合金椎体钉 、 镍 钛 形 状 记 忆 合 金 椎 间 融 合 器、 镍钛 形状记忆合金扩张钳等 。 目前， 对镍钛形状记忆合金
2
2. 1
实验结果与讨论
定性讨论 镍钛形状记忆合金在奥氏体状态下受载时其超
图3 Fig． 3 不同高径比试样的压缩应力应变图 Compression stress-strain curves of samples with different ratio of height to diameter
弹性的典型曲线 如 图 2 所 示 。 分 为 两 个 过 程 五 个 阶 段， 两个过程为加载过程和卸载过程 。 按照从加载到 卸载的过程可分为五个阶段如下： 第一阶段是母相奥 氏体下的线 弹 性 变 形 （ 如 图 2AB 段 ） ； 第 二 阶 段 是 马 氏体相变引起的超弹 性 阶 段 （ 图 2BC 段 ） ， 在 B 点时 的应力为 σ
镍钛形状记忆合金 相变滞后
镍钛形状记忆合金相变滞后镍钛形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属材料。
它能够在受到外界刺激时发生相变，并在消除刺激后恢复到原始形状。
这种材料的相变滞后是指在相变过程中，其形状改变的时间滞后于外界刺激的时间。
本文将探讨镍钛形状记忆合金的相变滞后现象，并探讨其应用领域和未来发展方向。
我们来了解一下镍钛形状记忆合金的基本特性。
镍钛形状记忆合金的相变是由于其晶体结构的改变所引起的。
在高温状态下，镍钛合金的晶体结构呈现为奥氏体结构，此时其形状可被任意改变。
当温度下降到一定程度时，镍钛合金会发生相变，晶体结构转变为马氏体结构。
在这个过程中，镍钛合金的形状会发生改变，并且能够记忆其原始形状。
当温度再次升高时，镍钛合金会再次发生相变，恢复到原始形状。
然而，镍钛形状记忆合金的相变滞后现象给其应用带来了一定的挑战。
相变滞后意味着镍钛合金的形状改变并不会立即发生，而是需要一段时间。
这种滞后现象对于一些应用来说可能是不可接受的。
因此，科学家们一直在努力研究如何减小相变滞后，以提高镍钛形状记忆合金的应用性能。
在研究中，科学家们发现，相变滞后现象与镍钛合金的组成和处理方式有关。
通过调整合金的成分，可以改变相变滞后的程度。
此外，通过优化材料的加工工艺和热处理条件，也可以改善相变滞后现象。
这些研究为减小相变滞后提供了理论基础和实验依据。
除了研究相变滞后现象本身，科学家们还在探索镍钛形状记忆合金的应用领域。
由于镍钛合金可以根据外界刺激改变形状，因此被广泛应用于医疗领域。
例如，它可以用于制造心脏支架，通过改变形状适应血管的变化。
此外，镍钛合金还可以用于制造矫正器、牙套等医疗器械，帮助矫正牙齿。
这些应用充分发挥了镍钛合金的相变滞后特性，为患者提供了更好的治疗效果。
未来，随着科学技术的不断进步，镍钛形状记忆合金的应用领域还将不断拓展。
例如，在机械工程领域，镍钛合金可以用于制造自适应结构，使机械设备能够根据工作状态自动调整形状，提高工作效率。
形状记忆合金在航空工业中的应用研究进展
形状记忆合金在航空工业中的应用研究进展摘要 : 形状记忆合金具有高能量密度 ,作为驱动器使用不会引起重量的显著增加和空间的过度占用 ,因而在航空航天器的一些结构中具有良好的应用前景。
本文对航空工业中使用形状记忆合金作为驱动器 ,应用于飞机机翼结构、进气道结构和发动机的相关研究进行了总结 ,并提出形状记忆合金在航空工业中应用的未来研究方向。
关键词 :形状记忆合金 ;机翼 ;进气道;喷气式发动机形状记忆合金(SMA) 作为一种具有特殊性质的材料 ,在工程应用中具有良好前景。
特别是 SMA 具有很高的能量密度 ,不会引起重量的显著增加 ,使其倍受航空工业的关注。
在宏观层面下 ,SMA 具有两个基本的性质:形状记忆效应(SME) 与超弹性 (SE) 。
形状记忆效应是指 SMA 在外力作用下发生较大的塑性变形 ,在经历升温后回复到外力作用前的状态;SE 是指 SMA 在较高的温度状态下 ,在加载过程中产生较大的应变 ,在撤除载荷后仍可以恢复到原来的形状[1] 。
利用 SMA 的记忆效应提供的大回复力以及大回复位移 ,使其已应用在宇宙飞船天线形状、飞行器机翼、发动机喷口的形状控制及对这些结构的振动控制[2 ,3] ,Andrew Peter Jardine 等还利用 SMA 在提高飞行器舱门密封上获得了专利[4] 。
利用 SMA 超弹性的滞回特性 ,可以用于工程结构中的振动控制[5] 。
SMA 在不同转变温度下表现出的不同性质 ,是其内部固2固相转变造成的。
SMA 的相转变温度可以在 - 150 ℃～200 ℃之间通过合金的成分和热处理工艺进行调节 ,相变的四个关键温度点分别为 :马氏体结束温度( Mf ) ,马氏体开始温度( Ms) ,奥氏体开始温度( As ) ,奥氏体结束温度( Af ) [6] 。
SMA 在加热至奥氏体开始温度以上时 ,发生从马氏体到奥氏体的相变;当 SMA 冷却时 ,在奥氏体向马氏体转变之前还要发生中间相 R 相变[7] 。
电阻法测量镍钛铌形状记忆合金相变点的研究
电阻法测量镍钛铌形状记忆合金相变点的研究【电阻法测量镍钛铌形状记忆合金相变点的研究】1. 引言镍钛铌形状记忆合金作为一种具有形状记忆效应和超弹性的材料，已经在许多领域得到广泛应用，例如机械工程、航空航天、医学等。
对于这种合金的研究，特别是对其相变点的准确测量，一直是学界和工业界关注的热点问题。
而电阻法作为一种简单有效的测量方法，成为研究者们广泛采用的手段之一。
2. 电阻法原理电阻法通过测量镍钛铌合金在相变过程中电阻的变化，来确定其相变点。
镍钛铌合金在相变过程中，其晶体结构由初始的立方相转变为四方相，这种结构转变会引起电阻的明显变化。
利用电阻-温度曲线，可以准确测量出合金的相变点。
3. 电阻法测量步骤（1）样品制备：需要准备一定尺寸和形状的镍钛铌合金样品。
样品的制备应遵循一定的标准和要求，以确保测量结果的可靠性。
（2）电路搭建：将合金样品连接到电路中，在一定电流下通过样品。
还需要将温度传感器安装在样品靠近的位置，以测量温度变化。
（3）测量过程：通过电压表或电流表来测量电路中的电流和电压变化。
将测量得到的数据与温度传感器测得的温度数据相对应，可以得到电阻-温度曲线。
（4）数据处理：根据得到的电阻-温度曲线，可以确定相变点的温度。
对于镍钛铌合金来说，室温下其相变点通常在50-100摄氏度之间。
4. 相关研究成果许多研究者已经利用电阻法对镍钛铌形状记忆合金的相变点进行了测量，并取得了一些有价值的成果。
他们通过改变合金的组成、热处理条件等因素，来探究相变点的变化规律。
这些研究为我们更深入地理解镍钛铌合金的相变机制和性能调控提供了重要参考。
5. 个人观点和理解对于电阻法测量镍钛铌形状记忆合金相变点的研究，我认为还存在一些挑战和机遇。
我们需要进一步改进实验装置和数据处理方法，以提高测量精度和可靠性。
另我们可以结合其他测量方法，如差示扫描量热法等，来互相验证和补充测量结果，以获得更全面的信息。
6. 总结与回顾本文主要介绍了电阻法测量镍钛铌形状记忆合金相变点的研究。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
文献标识码: A
自 1963 年被美国海军武器 实验室的 W. Buehler 等人[ 1] 发现钛镍形状记忆合金具有可逆马氏体 相变导致形状记忆效应后, 引起了人们的极大兴趣, 并很快得到应用. 直至目前, 关于它的 研究方兴未 艾, 在 ICOMA T ( 马氏体相变国际会议) 、ECOM AT ( 欧洲马氏体相变会议) 、SM ST ( 形状记忆与超弹性 国际会议) , SMM ( 形状记忆材料国际会议) 等会议 上都占有很大比重, 在有关智能材料和结构方面的 国际会议上也占有一定比重[ 2] . 另外, 国际上还不定 期地举行有关钛镍及其他形状记忆合金的专题研讨 会. 对钛镍合金 开展了从基础 到应用、从静态到动 态、从定性到定量等全方位多角度的研究工作, 发表 的论文数以万计, 申请的专利达两万多件. 现在, 钛 镍合金以其奇异的形状记忆和超弹性等力学性能, 以及优异的抗化学腐蚀性能和生物相容性能而被广 泛地应用于土木、机械、控制、电子等工程领域中, 如 减震器、管结头、驱动器、微型继电器等; 应用于介入 治疗、整形外科和牙科等医学领域中, 如腔道和血管 支架、接骨固定器、牙齿矫形丝等[ 3- 5] . 本文从应用 角度简要评述钛镍形状记忆合金的研究进展情况.
S1 Miyazaki[ 29] , P1 Filip[ 30] 等人对恒定应变循环 加载条件下合金的超弹性行为进行了研究, 得出: 正 相变 ( A y M) 应力下降, 逆相变( M y A) 应力升高, 超弹性滞后面积减小; 残余应变的累积使合金的超 弹性稳定化, 这是由于微观组织中位错的堆积引起 残余马氏体量的增加造成的. T1 Lim 等人[ 31] 的研究 表明: 合金的超弹性与循环加载路径有关. 在给定某 一应变值的条件下, 通过循环处理获得稳定超弹性, 当循环应变以小于此值加载时, 合金的超弹性不受 影响; 但是, 当合金在更大应变值的条件下通过循环 处理获得稳定超弹性时, 以前在小应变值时稳定的 超弹性效应消失, 即合金的稳定超弹性与稳定化的 路径有关.
钛镍合金的超弹性行为分线性超弹性和非线性 超弹性.
线性超弹性是指钛镍合金经过一定的冷变形工 艺处理后, 呈现线性超弹性特征, 即应力与应变之间 近似满足线性关系. 钛镍合金的可恢复弹性应变量 可达 4% [ 23] , 且超弹性的温度区间较宽, 并对成分变
88
材料研究与应用
2 00 7
化不敏感[ 24] . 产生超弹性的机理, 目前还没有形成 定论. T1 T adaki 等人[ 25] 认为: 经过冷变形处理的合 金组织中含有大量位错的细小板条状马氏体, 且界 面模糊, 在外力作用下马氏体板条滑移困难. 当加载 时在马氏体中形成弹性孪晶, 卸载时在周围应力场 的作用下弹性孪晶收缩、消失, 从而产生超弹性.
1 钛镍合金相变的物理基础研究
钛镍合金( 以下均指钛镍形状记忆合金) 的相变 机理是形状记忆与超弹 性等力学功能 性行为的基
础. 目前, 对于钛镍合金的相图、相变机理、相变产物 的组织形貌和晶体结构及合金成分和加工工艺等对 相变的影响已基本研究清楚, 并在工程实际中得到 应用[ 6- 7] . 但是随着应用的深入, 对钛镍合金的基础 研究还远远不够, 目前的研究主要集中在马氏体相 变的动力学和钛镍合金的多级相变方面.
非线性超弹性是指加载时产生应力, 诱发马氏 体相变, 出现应力平台, 即应力随应变的增加基本保 持不变; 卸载后, 发生马氏体逆相变, 应变得以恢复 而呈现超弹性. 由于应力与应变之间不满足胡克定 律, 因此是非线性超弹性. 钛镍合金的非线性超弹性 应变量可达 8% [ 26] , 是其它材料望尘莫及的, 在工程 和医学领域中引起了广泛重视. 目前, 钛镍合金超弹 性的研究主要集中在应变速率和温度对合金超弹性 的影响, 以及循环加载和加载路径对合金超弹性的 影响. 21 21 1 应变速率和温度对合金超弹性的影响
单程形状记忆分为自由状态下和约束条件下两 种情况. 自由状态就是通常的形状记忆行为, 由于应 用的不是很多, 故研究的不多. 目前, 主要研究约束 条件下 的 马氏 体 相 变 和 形 状 记 忆 行为. Y1 L i 等 人[ 20] 对钛镍合金在约束条件下 的相变行为进行了 研究, 结果表明: 约束状态下的逆相变温度区间比自 由状态下的要大; 经过不完整的约束相变循环, 在约 束条件下会产生两级恢复应力, 而在自由状态下加 热会出现两级恢复应变; 约束的预应变程度和加热 的温度对约束相变行为的影 响非常大. H1 Kato 等 人[ 21] 针对钛镍合金的约束相变 行为建立了一维的 模型.
收稿日期: 2006- 12- 29 作者简介: 刘克勇( 1965- ) , 男, 黑龙江鸡西人, 高级工程师, 博士研究生.
第1卷 第2期
刘克勇, 等: 钛镍形状记忆 合金的研究进展
87
把 L andau- Ginzburg 理论用于马氏体相变, 解释了 马氏 体 的 孪 晶 界 面 结 构. 最 近, R1 A hluw alia 等 人[ 14] 应用 L andau- G inzburg 理 论对形 状记忆 合金 的组织和应变演化进行了模拟. 目前, L andau 理论 在形状记忆合金中的应用还仅仅是开始.
11 1 马氏体相变的动力学
马氏体相变动力学的研究是马氏体相变研究的 一项基础性工作. 从物理角度研究马氏体相变动力 学是希望得到一个 本质的、严格的定量体 系, L andau[ 8- 9] 理论非常成功地解释了二级相变, 如铁电和 铁磁相变, 但马氏体相变是一级相变, 存在界面和界 面能, 因此, L andau 理 论被发 展成为 L andau- Devonshire 理论和 L andau- Ginzburg 理论, 以解释马氏 体相变. L andau-D evonshire[ 10] 理论建立了一个序参 量的六次多项式自由能函数 F ( N, T ) = F 0( T ) + A ( T ) N2 - B N4 + CN6 , 其中 N为序参量, T 为温度, A , B , C 分别为系数. 此函数可以导出一级相变的热滞 效应和外场对相变的影响, 但该理论将畴壁界面的 宽 度 和 能 量 视 为 零, 与 实 际 不 符. L andauGinzburg [ 11] 理论在自由能 密度上加入畴 壁面梯度 能量有序参数, 根据对称理论, 推导出新的自由能表 达式. F1 F alk[ 12] 首先把 L andau-D evonshire 理论用 于马氏体相变, 解释了形状记忆效应; F1 F alk[ 13] 还
在超弹性温度范围内, 合金自身温度对合金超 弹性应 力- 应 变 滞 后 环 的 大小 有 影 响. P1 L eo 等 人[ 27] 研究了温度和应变速率耦合及环境介质对超 弹性的影响, 结果表明: 环境介质在一定程度上控制 应变速率对超弹性的影响, 这与环境介质的热容和 导热性有关, 如果在加载过程中能保持合金的温度 不变, 应变速率对超弹性的影响可以忽略. K1 Wu 等 人[ 28] 验证了上述结果, 提出合金自身的导热性对超 弹性也有影响. 21 21 2 循环加载和加载路径对合金超弹性的影响
合金能记忆高温奥氏体相形状, 同时又能记忆 低温马氏体相形状的行为称为双程记忆行为. 双程 记忆行为是通过塑性变形引入残余应力场, 残余应 力场控制马氏体相变产生的, 一般是通过形状记忆 ( SM E) 循环和应力诱发马氏体( SIM ) 训练获得. 早 期主要研究处理工艺和训练方法, 目前主要研究它 的稳定性和热循环衰减. H1 Scherng ell[ 22] 的研究结 果表明, 钛镍合金双程记忆行为的热循环衰减分为 两个阶段: 初始阶段的衰减比较强烈, 这是由于位错 的重新排列造成的; 后一阶段的衰减比较平稳, 这是 热循环引入的附加位错造成的, 通过合适的稳定化 工艺处理, 后一阶段的衰减可以明显改善. 21 2 钛镍合金的超弹性行为
11 2 钛镍合金的多级相变
一般富镍时效型钛镍合金在固溶状态下只发生 B- B19c一级相变, 经正常的时效处理后会发生 B- RB19c二级相变. 近年来, 关于钛镍 合金的多 级相变 ( 三级及以上) 的报道引起人们的广泛关注, 并进行 了 深 入 地 研 究. 对 于 三 级 相 变 的 形 成 机 理, L1 Bat ailard 等人[ 15] 认为, T i3 N i4 颗粒相从 B2 基体 相共格析出, 产生分布不均匀的微观内应力, 当发生 R- B19c相变时, 分别形成高应力区( 析出物附近) 和 低应 力 区 ( 远 离 析 出 物) , 导 致 三 级 相 变 发 生. J1 A1 K halil 等人[ 16] 认为, T i3 N i4 颗粒相从 B2 基体 相析出, 导致基体微观成分不均匀, 当发生 R- B19c 相变时, 分别形成低 N i 区( T i3N i4 相附近) 和高 N i 区( 远离 T i3N i4 相) , 导致三级相变发生. A1 D louhy 等人[ 17] 采用原位电子显微镜分析法, 对 501 7N i 的 钛镍合金在 500 e 分别经时效 1h 和 10h 处理后发 生的相变进行分析, 认为长时间时效会导致 Ni 原子 的扩散, 心部和晶界处的成分变化是产生多级相变 的原因. G1 F an 等人[ 18] 对单晶及多 晶、低镍及高镍 的时效型钛镍合金进行了研究, 结果显示: 单晶钛镍 合金经时效处理后, 只产生正常的 B- R- B19c二级相 变, 与镍的含量无关; 多晶钛镍合金经时效处理后, 低 N i 合金( 501 6Ni) 相变时产生非正常的 B- R- B19cB19c三级相变, 高 Ni 合金( 511 5Ni) 相变时产生正常 的 B- R- B19c二级相变. 对于 单晶钛镍合金, 由于没 有晶界的影响, 因此时效后只产生正常的二级相变, 且与镍的含量无关. 对于多晶钛镍合金, 由于晶界的 存在对 第 二 相 的 析 出 有 影 响, 当 Ni 含 量 低 时, T i3N i4 颗粒相主要沿晶界析出, 在晶界附近发生正 常的二级相变, 晶 粒内部则发生 B- B19c一 级相变, 最终导致非正常的三级相变发生; 当 Ni 含量高, 晶 界和晶粒内都有 T i3N i4 颗粒相析出, 因此只发生正 常的二级相变. Y1 L iu 等人[ 19] 通过热力学理论分析 并结合 501 9Ni 的钛镍合金的实验结果, 推导出了多 晶钛镍合金发生多级 R 相变和多级马氏体相变的 理论可能性和出现的次序. 目前, 有关钛镍多级相变 的研究还没有形成公认的结论, 研究人员还在通过