选区激光熔化成形TiNi记忆合金的双程记忆效应研究

作     者：李昊航 

作者单位：中国石油大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：郝世杰

授予年度：2022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）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：TiNi形状记忆合金 选区激光熔化 双程记忆效应 点阵结构 

摘      要：TiNi合金的双程形状记忆效应能够使其在高低温转换过程中自发的发生形状改变,输出力和位移,其被认为在驱动领域具有广泛的应用前景。但是采用传统机加工方法,难以制备具有复杂构型的高精度TiNi记忆合金驱动器件。选区激光熔化(Selective Laser Melting,简称SLM)作为增材制造技术的一种,具备制备复杂结构的能力,同时因较高的表面光洁度和尺寸精度,近年来被广泛用于TiNi记忆合金复杂结构器件制备研究。本论文对SLM成形TiNi合金的双程形状记忆效应进行系统研究,通过马氏体预变形及热机械训练的方法,探究其双程记忆效应的发展规律;通过立方桁架点阵结构设计,首次在SLM制备TiNi合金多孔结构中获得较大的双程记忆应变(11.93%),研究结果有望为设计与制备新型复杂结构TiNi记忆合金驱动器件提供新思路。本论文的主要研究内容及结果如下:采用选区激光熔化方法制备了不同构建方向的Ti-50.2 at.%Ni合金样品,对经单次马氏体预变形处理样品的双程记忆效应进行研究,结果表明构建方向对双程记忆应变量无明显影响,通过马氏体预变形处理得到的最大双程记忆应变为2.24%(预变形量为12%),低于传统商用TiNi合金的4%～5%,被认为在预变形过程中产生的较大塑性变形是导致SLM制备TiNi合金呈现较小双程记忆应变的主要原因。经10次拉伸应变12%形状记忆循环训练,SLM制备TiNi合金的不可回复应变由5.53%增至7.67%,但同时其双程记忆应变得到一定改善,由2.24%增至2.72%,表明在循环过程中生成的位错结构与应力场有利于降温过程中择优取向马氏体变体的形核与生长,促进其双程记忆应变增加。另外,经不同恒应力升降温10次循环训练,样品所得最大双程记忆应变为1.90%,表明SLM制备TiNi合金的双程记忆效应与恒应力值密切相关。设计并制备了四种构型的立方桁架点阵结构,并对其力学性能和双程记忆效应进行测试。结果表明,在立方桁架点阵结构体系中,形状记忆循环训练的预应变值是影响双程记忆应变的最主要因素,其中,体心立方点阵结构经10次预应变为65%的形状记忆循环训练后其双程应变达11.93%,为复杂结构TiNi合金驱动器件设计与制备提供新思路。