【摘要】：鎳鈦合金由于其優(yōu)越的各項(xiàng)性能,作為結(jié)構(gòu)和功能材料被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,包括汽車、土木、航空航天、能源電力、電子電氣等。但鎳鈦合金的各項(xiàng)性能都受到兩種主要元素鎳元素和鈦元素的原子比例的影響,例如鎳元素1%的成分變化都會(huì)使合金的重要性能之一的馬氏體相變溫度點(diǎn)變化超過(guò)100K。在常見(jiàn)的手段中,在合金中加入銅元素能夠在一定程度上減少鎳鈦合金對(duì)其成分的敏感性。與此同時(shí),銅元素的加入在一定程度上還能進(jìn)一步增強(qiáng)鎳鈦合金的各項(xiàng)性能。激光熔覆作為近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的材料制備手段,具有效率高,成型快等特點(diǎn),將其與鎳鈦合金結(jié)合,具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用前景。為此,本文針對(duì)激光熔覆鎳鈦合金以及銅元素加入對(duì)制備的熔覆層的組織和性能的影響開(kāi)展研究。使用TA2鈦合金作為基板,球磨的方式制備粉末,得到了成型良好,無(wú)明顯缺陷,性能優(yōu)異的熔覆層。通過(guò)XRD、SEM、EDS等技術(shù)對(duì)熔覆層內(nèi)的組織進(jìn)行了表征。熔覆層內(nèi)部由熔合線往上以此呈現(xiàn)大的粗晶組織、島狀組織和樹枝晶狀組織,其中大的粗晶組織為Ti2Ni相組織,島狀組織則為Ni Ti相在Ti2Ni基體上,上部的樹枝晶組織則是Ti2Ni在Ni Ti基體的樹枝晶間析出。銅元素的加入則富集于晶界處,形成了Ti Ni0.8Cu0.2三元相。通過(guò)對(duì)激光熔覆涂層的硬度、DSC、AFM和摩擦磨損性能進(jìn)行測(cè)試分析,發(fā)現(xiàn)銅元素的加入顯著提升了熔覆層的硬度,提升了相變前后的表面粗糙度變化程度,同時(shí)提升了涂層的摩擦磨損性能。硬度的提升原因在于兩個(gè)方面,其一是富集在晶界處的銅元素形成的三元相對(duì)熔覆層具有晶界強(qiáng)化的作用,其二銅元素也改變了涂層的相變行為,使得室溫條件下,硬度測(cè)試時(shí)涂層所處的相的狀態(tài)不完全相同。涂層的摩擦磨損性能得到提升,一方面是由于其硬度的提升,另一方面則是形成的三元相在摩擦過(guò)程中變?yōu)榱擞操|(zhì)顆粒,改變了涂層的磨損形式。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG174.4;TG665
【圖文】：

圖 1-1 Ni-Ti 二元相圖Fig. 1-1 Ni-Ti binary phase diagram 二元合金體系含有三個(gè)金屬間化合物：TiNi、TiNi3、Ti2Ni。屬 Fd3m 空間群，a 為 1.132 納米，晶胞中含有 96 個(gè)原子六方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為 a=0.51010nm，c=0.83607nm。相是 Ni-Ti 合金實(shí)現(xiàn)其優(yōu)異性能的主要成分。NiTi 相是 B2 0.3015nm[5]。B2 相成分在等原子比附近有一定擴(kuò)展。因的特性，在文獻(xiàn)中常被表示為 NiTi 或 Ni-Ti。相圖中可明顯的過(guò)固溶度，對(duì) Ti 的過(guò)固溶度則很小，當(dāng) Ti 含量較Ti2Ni 的形式析出，而 Ni 含量過(guò)高時(shí)，固溶進(jìn)去的 Ni 會(huì)嚴(yán)，1%Ni 含量的增加可能會(huì)帶了其相變溫度發(fā)生 100K 的變 相的擴(kuò)散型分解

圖 1-2 NiTi 合金馬氏體相變行為Fig. 1-2 Martensite phase transformation behavior of NiTi alloy由此可見(jiàn)，在 NiTi 合金的 B2、B19’和 R 相之間可能存在三個(gè)馬氏體相變2 R、R B19’和 B2 B19’。需要注意的是，相對(duì)于 B2 相，R 相是低溫相對(duì)于 B19’相，R 相是高溫相。由此可以推斷，B19’→R 相變只會(huì)發(fā)生在升溫中，不會(huì)再降溫過(guò)程中發(fā)生轉(zhuǎn)變?nèi)缟纤�，B2 R 相變只在一定條件下出現(xiàn)知可誘發(fā) B2 R 相變出現(xiàn)條件可以歸納為如下三類：1）在近等原子比的 NiNi 合金中加入第三元素。已知的第三元素包括 Fe[8 Al[11]。加入約 3%的 Fe 可顯著降低 B2 B19’相變的臨界溫度而導(dǎo)致 B2 變的發(fā)生。這類合金給 R 相的研究提供了必要條件。2）對(duì)過(guò)等原子比 NiTi 合金在 600℃以下進(jìn)行時(shí)效處理，在基體中誘發(fā) Ti3N格彌散析出相。一般認(rèn)為，Ti3Ni4析出相周圍的應(yīng)力場(chǎng)抑制 B2 B19’馬氏體而促使 B2 R 相變。R 相在 Ti3Ni4析出相界面上優(yōu)先形核已有實(shí)驗(yàn)證實(shí)[12，13對(duì)異質(zhì)形核的機(jī)理還無(wú)任何認(rèn)真討論。另有實(shí)驗(yàn)報(bào)道，鎳含量比較低的 N

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文觀察 CuTi 和 NiTi 的偽二元相圖，如圖 1-3 所示[23]，以及 870℃時(shí) NiTiCu合金的平衡相圖，如圖 1-4 所示�？梢园l(fā)現(xiàn)，Cu 在 NiTiCu 合金中主要代替 Ni，Cu 的添加不改變母相的晶體結(jié)構(gòu)[24]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2805886