激光选区熔化成形NiTi形状记忆合金技术基础研究
激光表面重熔NiTi形状记忆合金组织及腐蚀性能
匀、连续、致密的钝化膜, 形成良好的保护作用; 而有 缺陷的钝化膜中 Ni 可以通过扩 散发生溶出[14] 。不 过激光处理过程中形成的 T i2Ni、T iNi3 等相对重熔层
通过表面处理可以改善 NiT i 合金的耐 腐蚀性; 如电解抛光、机械抛光、热处理、硝酸钝化和不同消毒 处理[ 2] 来提高合金表面 NiPTi 比值、将合金表面的多 晶氧化物转变为非晶氧化物[ 7] 、合金表面离子注入[8] 等, 但是这些方法得到的改性层厚度有限, 不能根据 需要调整, 同时难以保证植入体表面受到局部破坏后 在体液环境中仍然具有良好的耐腐蚀能力。此外可 采用化学沉积[ 9, 10] 等方法获得羟基磷灰石覆层; 溶胶 - 凝胶或离子注入法制备 TiO2 薄膜[ 11] 等; 采用表面覆 层的方法, 覆层与基体金属之间的结合力是比较突出 的问题, 特别是对于需要承受载荷的 NiT i 合金植入
KH2 PO4 0106gPl, MgCl2-6H2 O 0110gPl, MgSO4- 7H2O 0110gPl, CaCl2 0118gPl, Glucose 1gPl; pH 值为 714。
2 实验结果与讨论
图 1 所示为表面处理前 NiTi 合金的显微组织, 可 见主要为单相组织, 但有析出相( 或夹杂物) 颗粒及微 小孔洞存在。由于金属钛与氧有很强的亲和能力, 合 金的冶炼过程中不可避免地形成氧化物; 此外, 根据 N-i Ti 二元合金相图, 理想配比的 NiTi 金属间化合物 在低温下稳定存在的成分范围非常小, 因而合金由高 温到低温的冷却过程中会有其它 N-i Ti 金属间化合物 析出。采用 EDX 对图 1 中颗粒进行成 分分析, 表明 颗粒分别是富钛和富氧相。X 射线衍射分析结果证 实合金由 B2 结构金属间化合物 NiTi 组成, 如图 2 所 示, 未出现氧化物及富钛相衍射峰, 可能是由于这两 种物相数量较少造成的。
激光选区熔化成形钛铝合金微观组织与性能演变规律研究
激光选区熔化成形钛铝合金微观组织与性能演变规律研究TiAl合金具有低密度、优异的高温强度和蠕变抗力等优点,作为高温结构材料,其在航空航天等领域具有广泛的应用前景。
但是,TiAl 合金热加工性能较差以及其本征脆性,传统加工方法难以甚至无法整体制造出具有复杂结构的高性能TiAl合金零件。
金属增材制造技术(Metal Additive Manufacturing,MAM)在无需刀具以及模具的前提下,利用三维CAD数据,可以直接快速精确的整体制造出复杂高性能金属零件。
激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)是最具发展潜力的金属增材制造技术之一。
利用SLM技术逐层熔化微细TiAl合金粉末,在理论上上可成形任意复杂结构的TiAl合金零件。
然而,SLM成形过程存在快速熔化、快速凝固和逐层叠加等特征,与传统工艺有较大的差异性,最终导致SLM成形零件与传统方法在微观组织与性能方面存在明显差异。
因此,本文以Ti-45Al-2Cr-5Nb合金粉末为成形材料,研究SLM成形TiAl合金的工艺、显微组织及力学性能。
主要结论和创新点如下:1、研究了激光功率对SLM成形Ti-45Al-2Cr-5Nb合金微观组织、相组成与维氏硬度的演变规律。
发现SLM成形的Ti-45Al-2Cr-5Nb合金主要由α2,γ和B2三相组成,上表面和侧面微观组织分别为等轴晶和柱状晶。
激光扫描形成的熔池被分割成三个区域:粗晶区、过渡区和细晶区。
随着激光功率的增加,晶粒尺寸逐渐增大并且其取向由强烈的(0001)转变为(0001),(1011)和(1121),同时大角度晶界(high-angle grain boundaries,HAGBs)和α2相的含量也逐渐增大。
另外,由于晶粒尺寸的增大以及B2相含量的降低,成形件的维氏硬度随激光功率增大由580.1±16.4 Hv1/15逐渐减小至561.7±16.1 Hvi/15。
NiTi基形状记忆合金弹热效应及其应用研究进展
材料工程第49卷第3期2021年3月第1—13页Journal of Materials EngineeringVol.49No.3 Mar.2021pp.1―13NiTi基形状记忆合金弹热效应及其应用研究进展Research progress in elastocaloric effect and itsapplication of NiTi-based shape memory alloys朱雪洁S钟诗江S杨晓霞2,张学习S钱明芳S耿林1(1哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨150001;2山东大学材料科学与工程学院，济南250014)ZHU Xue-ie1,ZHONG Shi-iang】,YANG Xiao-xia2,ZHANG Xue-xi1,QIAN Ming-fang1,GENG Un1(1School of Materials Science and Engineering,Harbin Institute ofTechnology?Harbin150001,China2School of Materials Scienceand Engineering,Shandong University?J inan250014,China)摘要：NiTi合金作为性能最优异的形状记忆合金之一，已经广泛应用于航空航天、电子、建筑、生物医学等领域。
近年来，NiTi基合金极佳的力学性能、巨大的弹热效应和良好的机械加工性使其在弹热制冷领域引起了广泛关注。
然而，传统NiTi二元合金超弹性应力滞后大，超弹性和弹热效应循环稳定性差，达不到实际应用所需的长期服役要求。
本文介绍了NiTi基合金的弹热效应研究进展，从掺杂合金元素、热机械处理、改变制备方法等角度综述了近几年NiTi基合金弹热效应改进优化的研究进展，同时本文也简要介绍了已经开发的基于NiTi基合金的弹热装置或原型机。
但是目前NiTi基合金弹热材料的研究和原型机的开发仍处于实验阶段，实现其商业化应用需要进一步深入研究和优化，未来前者研究重点将集中在材料小型化、合金化或特殊处理及改变循环方式等方面，后者也将从提高热量传输效率、加强热量交换、减小摩擦等损耗、改进机械负载和循环模式等方面不断优化和完善。
激光选区熔化成形ti6al4v应力演化及控制
未来，激光选区熔化成形技术将朝着提高成形效率、降低制造成本、优化零件性能 等方向发展，并有望在更多领域得到应用。
02
ti6al4v材料的特性
激光选区熔化成形ti6al4v应 力演化及控制
汇报人： 2024-01-01
目录
• 激光选区熔化成形技术简介 • ti6al4v材料的特性 • 激光选区熔化成形ti6al4v过
程中的应力演化 • 控制激光选区熔化成形
ti6al4v应力的方法 • 激光选区熔化成形ti6al4v的
应用案例
பைடு நூலகம்
01
激光选区熔化成形技术简介
激光选区熔化成形技术的原理
激光选区熔化成形技术是一种基于粉 末床的增材制造技术，利用高能激光 束对金属粉末进行逐层熔化、凝固， 实现三维零件的成形。
通过逐层堆积的方式，最终完成复杂 三维零件的成形。
激光束在粉末床上进行扫描，将粉末 熔化并形成液态金属，随后液态金属 冷却凝固形成致密的金属零件。
激光选区熔化成形技术的应用领域
01
激光选区熔化成形技术广泛应用 于航空航天、汽车、医疗等领域 ，可制造高强度、高精度、高性 能的金属零件。
02
由于其能够快速制造复杂结构零 件的能力，使得该技术在产品研 发、原型制作以及小批量生产等 领域具有显著优势。
激光选区熔化成形技术的发展现状与趋势
目前，激光选区熔化成形技术已经得到了广泛的应用和推广，技术成熟度不断提高 ，制造效率与零件性能也在持续优化。
TiNi形状记忆合金
Md>Af>Ap>As>Ms>Mp>Mf
相变点（ASTM F2005-00）
典型TiNi二元合金相变温度（美国SMA提供）
Example Mf Mp Ms As
f 长时间约束时效
方法：
富镍NiTi合金700℃固溶处理 500℃左右长时间约束时效
原理：
500℃左右长时间约束时效，析出Ti3Ni4粒子，使 R相变出现。发生B2→R→B19’相变。降温时发生R相 变和马氏体相变。R相和马氏体相将在Ti3Ni4粒子和B2 相界面处形核，只有某一特定取向的R相或马氏 相形成。出现双程形状记忆效应。
3 形状记忆效应和超弹性比较
联 系：本质都是马氏体
相变和逆相变引起，一 个是温度引起，一个是 应力引起。
区 别：形状记忆效应在
Mf点以下变形；超弹性 在Af点以上变形。
测试方法
1、相变温度测试
方法一：DSC法 F2004—00美国标准
原 理：吸、放热时，测试材料与参照材料的热流差值 标准规定：用于测量54.5—56.5wt%Ni
1、 形状记忆效应(Shape Memory Effet)
(2).双程形状记忆效应（Two-Way SME）
➢ 它对两种不同的形状进行记忆。 ➢ 一种是高温形状，一种是低温形状。 ➢ 通过加热和冷却，材料能够重复地由一种
形状转变为另一种形状。
获得方法
a 在马氏体状态过变形
b 形状记忆循环 C 伪弹性循环 d 结合形状记忆和伪弹性循环
F2082—01 方法：180℃弯曲的半径 不小于10倍丝径（为了 形状完全恢复），缓慢 加热。 优点：可测量超弹性金 属Af，记忆材料Af 缺点：Ms、Mf等相变点 无法测试
niti形状记忆合金的固溶线_概述及解释说明
niti形状记忆合金的固溶线概述及解释说明1. 引言1.1 概述在过去的几十年里，材料科学领域一直致力于研究和开发新型智能材料。
其中，形状记忆合金因其独特的性质和广泛的应用前景而备受关注。
作为形状记忆合金系列中的重要一员，niti形状记忆合金由镍（Ni）和钛（Ti）组成。
它具备两种状态：奥氏体相和马氏体相，在不同温度下可以通过固溶线自动实现相变。
本文将详细介绍niti形状记忆合金中固溶线的概念、特点以及与其相关的测定方法与调控因素。
深入了解这些内容对于进一步应用和优化niti形状记忆合金具有重要意义。
1.2 文章结构本文章分为五个主要部分，每个部分都旨在全面探讨niti形状记忆合金的固溶线。
首先是引言部分，我们将简单介绍niti形状记忆合金以及本文的目标。
然后，在第二部分中，我们将详细讨论niti形状记忆合金和固溶线的基本原理与特点。
接下来，第三部分将介绍固溶线测定的一些常用方法，包括热分析法、电阻率法和显微结构观察法。
第四部分将探讨影响固溶线的因素以及调控这些因素的方法，包括成分与比例对固溶线的影响、温度对固溶线的影响以及加工工艺对固溶线的调控方法。
最后，在结论部分，我们将总结文章内容并展望niti形状记忆合金固溶线领域未来的研究发展方向。
1.3 目的本文旨在全面概述和解释niti形状记忆合金中固溶线的相关知识。
通过对合金含义与特点、马氏体相与奥氏体相转变原理以及固溶线定义与重要性等方面进行综合介绍，读者可以更好地了解niti形状记忆合金中固溶线所扮演的关键角色。
此外，我们还将详细介绍测定固溶线的常用方法以及影响固溶线位置和调控方法等实际应用内容，希望能为材料科学领域相关研究提供有价值的参考和启示。
2. niti形状记忆合金的固溶线：2.1 合金的含义和特点：合金是由两种或更多种金属元素混合而成的材料。
niti形状记忆合金是一种独特的合金，其主要成分为镍（Ni）和钛（Ti）。
这种合金因具有形状记忆效应而受到广泛关注。
niti形状记忆合金的dsc曲线
一、概述形状记忆合金（SMAs）是一种具有记忆性能的功能材料，具有形状可逆性和超弹性等独特性能。
其中，niti形状记忆合金由镍和钛两种元素组成，具有优良的记忆性能和机械性能，被广泛应用于医疗器械、汽车、航空航天等领域。
而动态扫描量热仪（DSC）曲线是研究niti形状记忆合金相变行为的重要手段。
二、niti形状记忆合金的基本性能1. 记忆效应niti形状记忆合金具有记忆效应，即在预设的形状被改变后，当受到外力或温度变化等刺激后，能够恢复到其预设的形状，这一特性使得niti形状记忆合金在医疗领域中得到广泛应用，如血管支架等医疗器械的制造。
2. 超弹性niti形状记忆合金还具有超弹性，即在受到外力作用时，能够产生较大的形变而不会发生塑性变形，一旦外力消失，又能够自行恢复原有形状，这种性能使得niti形状记忆合金在汽车和航空航天领域中得到广泛应用。
三、动态扫描量热仪曲线的意义1. 相变温度动态扫描量热仪曲线可以帮助研究人员测定niti形状记忆合金的相变温度，包括马氏体相变和铁素体相变的温度范围和特性，这对于合金的性能评价和应用具有重要意义。
2. 相变热DSC曲线还可以用来测定niti形状记忆合金的相变热，即相变过程中所释放或吸收的热量，这对于理解合金的相变机制和热力学性能具有重要意义。
四、niti形状记忆合金的DSC曲线特征1. 马氏体相变峰在DSC曲线上，马氏体相变通常会呈现出一个明显的放热峰，该峰对应着马氏体相变所释放的热量，通过测定该峰的温度和面积可以得到相变温度和相变热。
2. 铁素体相变峰在DSC曲线上，铁素体相变也会呈现出一个放热峰，该峰对应着铁素体相变所释放的热量，通过测定该峰的温度和面积可以得到相变温度和相变热。
五、niti形状记忆合金的DSC曲线分析1. 相变温度通过分析DSC曲线上的马氏体相变和铁素体相变的温度峰值可以得到合金的相变温度范围，并进一步研究相变温度与合金组织结构和成分之间的关系。
45 钢表面激光熔覆Ni TiC 性能研究
资 m Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ；Ｎ ｉ／ＴｉＣ ；ｍ ｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍ ｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ
学习 f.co 1111111111111111111111111111111111111111111111
ＬＩ Ｃ ｈｕａｎ－ｑｉａｎｇ，Ｃ Ｈ Ｅ Ｎ Ｓｈａｏ－ｋｅ （Ｅ ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃ ｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈａｎｔｏｕ Ｕ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｔｏｕ Ｇ ｕａｎｇｄｏｎｇ ５１５０６３，Ｃ ｈｉｎａ ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｌａｓｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｏｆ４５ ｓｔｅｅｌｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ＬＷ Ｓ－５００ ｌａｓｅｒ ｗ ｅｌｄｉｎｇ ｍ ａｃｈｉｎｅ，Ｃ ｌａｄｄｉｎｇ ｍ ａｔｅｒｉａｌｃｈｏｏｓｅｓ Ｎ ｉ／ＴｉＣ ａｌｌｏｙ
激光熔覆 Ｎ ｉ６０ ＋ １０ ％ ＴｉＣ 合金粉末的熔覆层显微组 化物，并且在未熔的 ＴｉＣ 颗粒附近聚集，新的碳化物
织；（ｃ） 所示是激光熔覆 Ｎ ｉ６０＋２０ ％ ＴｉＣ 合金粉末的 和未熔的 ＴｉＣ 颗粒，在熔覆区中呈弥散分布，起到了
熔覆层显微组织；（ｄ） 所示是激光熔覆 Ｎ ｉ６０ ＋ ３０ ％ 硬质增强作用，从而使添加 ＴｉＣ 陶瓷颗粒的试样的显
参考文献： ［１］刘录录．Ｈ １３ 钢表面激光熔覆改性研究［Ｄ ］．天津：天津工业
大学，２００８． ［２］洪 蕾，吴 钢．激光制造技术基础［Ｍ ］．北京：人民交通出版
社，２００８． ［３］许 萍，梅 敦，张秀云． ４５ 钢激光熔覆的组织与性能［Ｊ］．内
蒙古工业大学学报，２００１，（４）：２９５－２９６． ［４］谢 明．材料表面的激光熔覆技术及展望［Ｊ］．邵阳学院学报
- 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)。
激光选区熔化成形NiTi形状记忆合金技术基础研究
Ni-Ti系形状记忆合金拥有丰富的相变过程、优异的形状记忆效应和超弹性性能以及良好的力学性能、耐腐蚀性和生物相容性,近年来,被广泛应用于航空航天、机械制造、工业自动化、仪器仪表及生物医学等领域。
其成形方法主要分为熔铸机加法和粉末冶金法,前者在熔炼和机械加工过程中容易引入C、O等杂质元素且合金冷加工性能差,后者则需借助模具生产显著增加制造成本且零件力学性能较差,而激光选区熔化技术结合增材和熔融的特点可以有效解决NiTi合金成形的难题。
考虑到Ni-Ti原子比会显著影响近等原子比NiTi合金的马氏体相变和形状记忆性能,Ni、Ti混合粉末作为原材料可快速调节NiTi合金相关性能,然而国内外关于Ni、Ti混合粉末的激光选区熔化成形的相关研究几乎没有。
因此,本文对激光选区熔化成形NiTi 形状记忆合金的成形质量、Ni-Ti反应过程、组织特征和演变机制、相变行为以及形状记忆效应进行了深入研究。
主要结果总结如下:本文首先研究了 SLM制造的NiTi合金试样的成形质量。
NiTi复合粉末SLM成形的单熔覆道具有明显的分层特征,且成分分布不均匀,通过横向搭接重熔可提高成分均匀性。
通过单因素实验获得关键工艺参数激光功率和扫描速度的优化的区间分别为160-200 W和5-25 m/min,此外还需将线能量密度E控制在0.38-1.44 J/mm之间方可获得外观无缺陷的NiTi合金试样。
宏观裂纹是NiTi合金SLM成形的重要缺陷,主要来源于激光加工过程中的热应力诱导下微观裂纹沿富镍区的扩展。
此外,NiTi合金试样成分会偏离设计成分,其中钛元素的损失明
显比镍元素大,其主要的原因在于金属粉末的直接蒸发和成形过程中单质原子粉末的直接逃逸。
SLM成形的NiTi合金试样的物相组成和组织结构是各项性能的基础。
在室温下,各工艺参数下成形试样的物相组成的主要部分都是NiTi相的两种形式B2和B19’,这是试样具有形状记忆效应的前提条件。
但物相构成和组织结构仍受到线能量密度的显著影响,可分为三类:高能量密度下成形的试样晶粒细小,主相NiTi(B2和B19’)晶粒凝固后Ti2Ni相在其缝隙中凝固;中等能量密度下成形的试样晶粒偏大,几乎全部为NiTi相;低能量密度下成形试样中存在较多的未熔物和杂质相,且NiTi相的晶界也不明显。
根据Ni、Ti混合粉末单熔覆道的微观形貌可见,单质Ni粉末和单质Ti粉末组成的复合粉末SLM成形机理与NiTi预合金化粉末的机理存在显著差别,元素间的化学反应及熔池搅拌效应对沉积层成分及均匀性影响显著。
结合成形后NiTi合金的组织特征及SLM“线-面-体”的加工原理,单模激光器带来的高功率密度激光束穿透多层熔覆层,并实现多次重熔的工艺特征对NiTi合金成分均匀性贡献很大。
温度场的模拟结果也证明了多次重熔的重要性,同时指出小孔效应是促使成分均匀化的另外一个原因。
NiTi合金试样的相变行为受物相和组织结构的影响很大。
高线能量密度下获得的细小晶粒和低残余应力试样具有明显的马氏体相变特征;降低一定程度的线能量密度,试样晶粒粗大,NiTi相富镍且内部残余应力巨大,抑制相变行为的发生;低能量密度下成形的试样直接形成了杂质相而导致局部区域会出现一定量的平衡NiTi相,而且宏观裂纹释放了部分残余应力,改善了马氏体相变
环境。
即三种表现形式:强相变行为,异常相变行为和弱相变行为。
尽管具有气孔、裂纹等缺陷,但本文制造的绝大多数NiTi试样均具有形状记忆效应。
随着预变形量的增大,各成形试样的形状回复率都下降。
其中预变形量为1%时所有试样在加热到150℃以上后均可完全回复
到初始状态,超过1%的预变形量则无法完全回复。
形状回复率和弯曲性都比较好的SLM试样为激光功率180 W成形的NiTi合金,预变形量达到6%时回复率仍在85%以上。
与传统的铸造工艺、粉末冶金工艺相比,采用SLM成形的NiTi合金在马氏体相变温度、相变区间等主要技术参数方面具有非常良好的参数值。
特别是采用SLM成形的NiTi合金,相变能量最高达到27.7 J/g,最低也有19.6 J/g,显示出非常优秀的特征,远高于传统的铸造工艺和粉末冶金工艺制备的NiTi合金相
变能量。
证明SLM成形技术在制造NiTi形状记忆合金方面具有明显的技术优势。