Ni-Ti形状记忆合金在电流驱动下功能疲劳行为的研究

作     者：朱志伟 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹姗姗

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：Ni-Ti形状记忆合金 电流驱动 马氏体相变 双程形状记忆效应 功能疲劳 

摘      要：本论文从Ni–Ti形状记忆合金在电流驱动智能器件应用中所面临的功能疲劳等关键性问题出发,系统地研究了在实际服役过程中由电流驱动带来循环往复的相变行为对Ni-Ti双程形状记忆合金功能疲劳行为的影响及其作用机理,为发展Ni-Ti形状记忆合金在多种驱动力作用下马氏体相变行为及形状记忆效应衰减等基础材料问题提供参考。论文采用快速凝固法及约束时效工艺获得了具有不同双程形状记忆效应的条状NiTi合金,优化设计了电流驱动功能疲劳测试系统,实现了电流的可控输入以及位移、温度信号输出的同步采集,初步掌握了NiTi合金在电流驱动下的功能疲劳行为宏观规律;通过定量热分析和电子显微表征,揭示了NiTi合金中马氏体相变与形状记忆效应特征参数之间的定量相关性,掌握了马氏体相变失稳的微观机理及其对形状记忆效应的影响规律;建立了电流驱动下NiTi合金形状记忆效应衰减行为评价的有效方法。研究结果表明,450℃/10 h约束时效后具有正常双程形状记忆效应的NiTi合金与350℃/1 h约束时效后具有反常双程形状记忆效应的NiTi合金在电流驱动过程中分别存在7.0℃和5.0℃的形变滞后,快速响应特性不足,但垂直位移回复率波动量分别仅为0.01%和0.11%,具有良好的R相双程形状记忆效应稳定性。此外,电流驱动后,两种合金均呈现了较差的B19’相双程形状记忆效应稳定性,表现为正常双程形状记忆效应回复率下降,反常双程形状记忆效应回复率上升。在相变行为方面,正常双程形状记忆效应的NiTi合金在电流驱动后,R相变特征温度相对稳定,B19’马氏体相变特征温度向高温方向偏移;反常双程形状记忆效应的NiTi合金R相变特征温度向低温方向偏移。电子显微分析结果表明,电流循环加载前后,两种合金的微米尺度结构并未出现显著变化。通过NiTi合金在热循环、恒温和恒流等加载方式下的功能疲劳行为的对比研究发现,电流驱动过程中电流、相变循环和焦耳热通过改变具有反常双程形状记忆效应NiTi合金基体的Ni含量和正常双程形状记忆效应NiTi合金基体的应力场状态对合金相变行为及形状记忆效应产生影响。三者影响程度依次递减,且电流与相变循环和焦耳热的影响存在竞争关系。