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采用Ti2Ni和TiC/Ti(CN)粉末制备TiC(N)-TiNi金属陶瓷及其性能研究

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采用Ti2Ni和TiC/Ti(CN)粉末制备TiC(N)-TiNi金属陶瓷及其性能研究

作者：马海温大连海事大学

学位级别：硕士

TiC/Ti(CN)具有低密度、高热稳定性、高硬度等优异的物理及化学特性,是常用金属陶瓷硬质相。TiC/Ti(CN)基金属陶瓷在在工业领域以及航空航天、轨道等交通运输行业具有广泛应用。目前使用范围较广的TiC/Ti(CN)基金属陶瓷主要以纯镍或镍-... 详细信息

TiC/Ti(CN)具有低密度、高热稳定性、高硬度等优异的物理及化学特性,是常用金属陶瓷硬质相。TiC/Ti(CN)基金属陶瓷在在工业领域以及航空航天、轨道等交通运输行业具有广泛应用。目前使用范围较广的TiC/Ti(CN)基金属陶瓷主要以纯镍或镍-钼作为粘结相。相较于镍或者镍-钼,近等原子比TiNi形状记忆合金具有优异的延展性和强度,且具有较好的耐磨性、耐腐蚀性和生物相容性,其作为金属陶瓷的粘结相可以提升金属陶瓷的强度和韧性,同时改善金属陶瓷的抗热震性、耐磨性以及稳定性。以往研究表明,采用TiC/Ti(CN)粉末与近等原子比TiNi粉末作为原材料,以粉末冶金的方式制备TiC(N)-TiNi金属陶瓷时,由于TiC(N)为非化学计量比化合物,在高温烧结过程中Ti原子重新分配,导致粘结相中产生大量脆性金属间化合物Ni3Ti相。Ni3Ti这一脆相的存在会对金属陶瓷的力学性能产生不利影响。为了抑制Ni3Ti的生成,本文采用富钛的Ti2Ni粉末与TiC/Ti(CN)粉末作为原材料,以粉末冶金无压液相烧结的方式制备TiC(N)-TiNi金属陶瓷。详细研究了 TiC粉末粒径、Ti2Ni/TiC(N)质量比以及烧结温度对TiC(N)-TiNi金属陶瓷的相组成、微观组织、马氏体相变及力学性能的影响。研究结果表明,采用Ti2Ni作为原材料制备TiC(N)-TiNi金属陶瓷,经过高温烧结后,由于部分Ti原子从Ti2Ni中扩散到TiC/Ti(CN)陶瓷颗粒中,粘结相中原位生成了大量近等原子比TiNi,有效抑制了Ni3Ti脆相的形成。同时相较于微米级TiC粉末,采用亚微米级TiC粉末制备的TiC-TiNi金属陶瓷中TiC的颗粒尺寸较小,且具有更高的抗弯强度。同时,随着烧结温度的升高,TiC(N)颗粒在粘结相中分布更加均匀,颗粒尺寸增大,TiC(N)基金属陶瓷的抗弯强度会先升高后降低,并在烧结温度为1400℃时其抗弯强度最高。研究还发现,Ti2Ni/TiC(N)的质量比较高时,粘结相中生成的近等原子比TiNi较多,可能会有Ti2Ni相残留;Ti2Ni/TiC(N)的质量比较低时,可能会有Ni3Ti脆相产生;当Ti2Ni/TiC(N)的质量比为1时,TiC(N)-TiNi金属陶瓷具有最高的抗弯强度。相较于TiC-TiNi金属陶瓷,Ti(CN)-TiNi金属陶瓷的抗弯强度略低,这可能与Ti(CN)颗粒尺寸较大有关,同时也可能是由于Ti(CN)与TiNi的润湿性较差,Ti(CN)颗粒与TiNi结合强度较低。

关键词：金属陶瓷 Ti2Ni TiNi 抗弯强度

等离子旋转电极雾化法制备增材制造用形状记忆TiNi粉末（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2017年第12期27卷 2647-2655页

作者：陈刚赵少阳谈萍殷京瓯周全葛渊李增峰王建汤慧萍 Peng CAO 西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室西安710016 中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083 东北大学材料科学与工程学院沈阳110819 西安赛隆金属材料有限责任公司西安710016 Department of Chemical and Materials Engineering The University of AucklandPrivate Bag 92019 Auckland 1142 New Zealand

利用等离子旋转电极雾化技术制备出增材制造用球形TiNi合金粉末。利用扫描电子显微镜、X射线衍射和差示扫描量热法等分析手段对不同粒径的TiNi合金粉末表面及内部的显微组织、相组成和马氏体相变温度进行表征。实验结果表明,随着TiNi合... 详细信息

利用等离子旋转电极雾化技术制备出增材制造用球形TiNi合金粉末。利用扫描电子显微镜、X射线衍射和差示扫描量热法等分析手段对不同粒径的TiNi合金粉末表面及内部的显微组织、相组成和马氏体相变温度进行表征。实验结果表明,随着TiNi合金粉末粒度的逐渐减小,粉末表面的组织结构明显细化,且晶粒逐渐减小。另外,所有粒径的粉末以B2-TiNi相为主,且粒径≥178μm的粗颗粒粉末还含有少量Ti_2Ni、Ni_3Ti二次相。粗颗粒粉末内部少量二次相是在冷却过程中TiNi的共析反应产生的。在制粉过程中,不同粒度TiNi粉末的冷却速率不同。不同的冷却速率致使TiNi粉末的马氏体相变温度和马氏体相变路径不同。特别地,TiNi粉末的相变温度随粉末粒径的减小而降低。

关键词：雾化等离子旋转电极雾化 TiNi 粒度马氏体相变

纳米片Nb/TiNi记忆合金复合材料的力学性能与微观变形行为

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稀有金属 2021年第4期45卷 502-506页

作者：姜大强宋健蒋小华崔立山中国石油大学(北京)新能源与材料学院北京昌平102249

已证实利用"应变匹配"概念可以在TiNi相变基体中实现Nb纳米线的高强度,并获得高性能复合材料。然而该纳米线Nb/TiNi复合材料采用的原位共晶反应方法限制纳米线Nb的体积分数最大约25%,因而不利于高性能复合材料的设计与开发。为了获得更... 详细信息

已证实利用"应变匹配"概念可以在TiNi相变基体中实现Nb纳米线的高强度,并获得高性能复合材料。然而该纳米线Nb/TiNi复合材料采用的原位共晶反应方法限制纳米线Nb的体积分数最大约25%,因而不利于高性能复合材料的设计与开发。为了获得更高Nb体积分数的相变基纳米复合材料,采用包覆叠轧及拔丝方法制备Nb体积分数达33%的纳米片Nb/TiNi复合材料。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉伸机、同步辐射对复合材料的微观组织、力学性能及微观变形行为进行了研究。结果表明:复合材料丝由bcc-Nb和B2-TiNi两相组成,且沿丝材轴向具有明显的Nb丝织构,Nb纳米片厚度约为30 nm,与TiNi界面结合良好,没有冶金缺陷。在拉伸循环过程中,复合材料丝材中Nb纳米片的点阵应变最大可达3.2%,复合材料丝材屈服强度约为1150 MPa,经过8%拉伸卸载后再加载过程的近线弹性应变约为4%。

关键词： TiNi 形状记忆合金马氏体相变应变匹配

Nanocrystalline Ti49.2Ni50.8 shape memory alloy as orthopaedic implant material with better performance

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Journal of Materials Science & Technology 2019年第10期35卷 2156-2162页

作者： H.F.Li F.L.Nie Y.F.Zheng Y.Cheng S.C.Wei R.Z.Valiev Department of Materials Science and Engineering College of EngineeringPeking UniversityBeijing 700877China Center for Biomedical Materials and Tissue Engineering Academy for Advanced Interdisciplinary StudiesPeking UniversityBeijing 100871China Department of Oral and Maxillofacial Surgery School of StomatologyPeking UniversityBeijing 100081China Institute of Physics of Advanced Materials Ufa State Aviation Technical UniversityUfaRussia Saint Petersburg State University Universitetskiy prospekt 28PeterhofSt.Petersburg198504Russia

Ti Ni alloys, with their unique shape memory effects and super elastic properties, occupy an indispensable place in the family of metallic biomaterials. In the past years, surface treatment is the main technique to improve the bioinert nature of microcrystalline Ti Ni alloys and inhibit on the release of toxic nickel ions to obtain excellent osteogenesis and osseointegration function. In the present study, nanocrystalline Ti49.2Ni50.8 alloy has been fabricated via equal channel angular pressing(ECAP), and the in vitro and in vivo studies revealed that it had enhanced cell viability, adhesion, proliferation, ALP(Alkaline phosphatase)activity and mineralization, and increased periphery thickness of new bone, in comparison to the commercial coarse-grained counterpart. These findings indicate that the reduction of grain size is beneficial to increasing the biocompatibility of Ti49.2Ni50.8 shape memory alloy.

关键词： Nanocrystallines Shape memory alloys Metallic biomaterials Orthopaedic implants TiNi alloys

轧制温度和压下量对Ti_(2)Ni/TiNi砖砌复合材料的影响

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第7期33卷 2064-2075页

作者：贾晨熊志平杨德振王扬卫程兴旺北京理工大学冲击环境材料技术国家级重点实验室北京100081 北京理工大学唐山研究院唐山063000

Ti_(2)Ni/TiNi砖砌复合材料由TiNi水泥和分布在其中的Ti_(2)Ni砖块组成,可以通过热轧Ti_(2)Ni/TiNi叠层复合材料进行制备。轧制温度和压下量分别对砖块宽度和间距有重要的影响。当压缩方向垂直于堆叠方向时,所有的样品均出现分层断裂,... 详细信息

Ti_(2)Ni/TiNi砖砌复合材料由TiNi水泥和分布在其中的Ti_(2)Ni砖块组成,可以通过热轧Ti_(2)Ni/TiNi叠层复合材料进行制备。轧制温度和压下量分别对砖块宽度和间距有重要的影响。当压缩方向垂直于堆叠方向时,所有的样品均出现分层断裂,力学性能大幅降低。当压缩方向平行于堆叠方向时,太大的砖块宽度和太小的砖块间距都会促进Ti_(2)Ni和TiNi之间发生分层的现象。在700℃进行压下量为60%的轧制,砖砌复合材料得到最高的强度((1923.11±70.78)MPa)和最大的断裂应变(0.190±0.017),这是由于合适的砖块宽度和间距阻碍分层失效并促进裂纹的偏转。由此可见,通过优化砖块宽度和间距,可以进一步提高力学性能。

关键词：砖砌结构 TiNi 分层失效轧制

TiNi/NbTi复合材料中微米片TiNi的回复应力特征

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稀有金属 2013年第6期37卷 1016-1020页

作者：姜大强崔立山郑雁军姜江蒋小华中国石油大学(北京)理学院北京102249

利用熔炼、锻造、轧制等手段成功制备出微米片TiNi/NbTi形状记忆合金原位复合材料,冷轧退火处理后的复合材料中TiNi片厚度达微米尺度。基于微米片TiNi与基体NbTi之间的简化并联模型,推导出微米片TiNi在约束态相变过程中的回复应力计算公... 详细信息

利用熔炼、锻造、轧制等手段成功制备出微米片TiNi/NbTi形状记忆合金原位复合材料,冷轧退火处理后的复合材料中TiNi片厚度达微米尺度。基于微米片TiNi与基体NbTi之间的简化并联模型,推导出微米片TiNi在约束态相变过程中的回复应力计算公式,公式中回复应力与复合材料中两相的体积比、基体弹性模量以及复合材料预变形前后的热膨胀应变有关。利用公式计算了微米片TiNi在基体NbTi约束下升降温过程中的回复应力变化。计算结果表明,在降温开始阶段,回复应力随着温度的降低而减小,未出现先减小后增大的变化,也未表现出明显的滞后,这与以往拉伸试验机测试的结果不同。随着温度进一步降低,母相TiNi在基体的作用下逐渐转变成具有不均匀变形度的继承变形马氏体使回复应力逐渐减小;在升温阶段,由于降温过程中形成的继承变形马氏体逐渐逆转变为母相而使回复应力随着温度的升高逐渐增大,最高可达630 MPa。

关键词：形状记忆合金 TiNi 回复应力

Effects of Yttrium Addition on Microstructure, Hardness and Resistance to Wear and Corrosive Wear of TiNi Alloy

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Journal of Materials Science & Technology 2011年第9期27卷 851-855页

作者： Hojat Ahmadi Meisam Nouri Faculty of Biosystems Engineering University of Tehran Department of Materials Engineering Tarbiat Modares University

TiNi alloy has a high resistance to wear and could be an excellent candidate for various tribological applications. In this paper, it was demonstrated that by addition of yttrium, hardness properties and resistance to wear and corrosive wear of TiNi alloy were improved. New yttrium rich regions were formed in microstructure of TiNi alloy. The improved properties of this alloy by the yttrium addition could be attributed to the formation of these regions. The results showed that there was an optimum content for addition of yttrium between 2% and 5% （in wt%）, and above this content the improvement in properties of TiNi became minor.

关键词： Yttrium TiNi Mechanical behaviour Wear Corrosive wear Microstructure

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3D打印TiNi记忆合金组织、性能研究

3D打印TiNi记忆合金组织、性能研究

作者：单志强沈阳大学

学位级别：硕士

TiNi形状记忆合金在工业智能化控制、连接以及医疗人工关节和轻量化设计制造方面具有重要的应用价值。3D打印是近年来发展起来的材料结构一体化设计和制造的新技术。其中,3D打印TC4钛合金器件已经得到了实际应用,而TiNi形状记忆合金的3... 详细信息

TiNi形状记忆合金在工业智能化控制、连接以及医疗人工关节和轻量化设计制造方面具有重要的应用价值。3D打印是近年来发展起来的材料结构一体化设计和制造的新技术。其中,3D打印TC4钛合金器件已经得到了实际应用,而TiNi形状记忆合金的3D打印近年来才得到发展。激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术作为典型(3D打印)增材制造技术的一种,已经得到了广泛的关注并且逐步在材料科学研究和工业生产中得到应用。SLM制备TiNi形状记忆合金目前仍然处于起步阶段,因此完善材料的粉末制备过程、打印参数的调整、组织和性能及热处理改性,以及对3D打印制造TiNi形状记忆合金综合性能的把握和性能的数据积累显得尤为重要。本论文在240kg级Ti-50at%Ni铸锭制备、EIGA制备Ti-Ni混合粉末、激光选区熔化成形TiNi形状记忆合金样品上开展研究,主要开展SLM成形TiNi形状记忆合金打印参数、样品组织、性能的研究。使用光学显微镜及扫描电子显微镜分析样品组织,阿基米德排水法测量样品密度,DSC测得样品相变过程,全自动显微硬度计测量样品表面维氏硬度,拉伸试验机测得拉伸行为,将实验获得数据均与铸态Ti-50at%Ni记忆合金进行比较,分析造成组织性能差别的原因和机理,分析热处理制度对SLM成形Ti-50at%Ni形状记忆合金材料密度、相组成、相变过程、缺陷、组织结构、拉伸断口等影响。激光功率200W,扫描速度900mm/s,铺粉厚度50μm,扫描间距120μm为本论文SLM最佳工艺,得到的Ti-50at%Ni记忆合金样品致密度最高为99.4%,物相构成由B2奥氏体相、B19?马氏体相、TiNi相以及单质Ti和单质Ni组成,热处理可以将SLM制备的Ti-50at%Ni记忆合金样品的致密度提高至99.7%,改变合金内部相组成及相变点数值,组织均匀化,提高合金表面硬度,相变温度随热处理温度的提高先上升后下降。SLM制备的Ti-50at%Ni记忆合金拉伸样品的拉伸行为与传统的两相形状记忆合金的拉伸行为相似,断口断裂特征为脆性断裂和局部塑性断裂的混合断口,样品具有形状记忆效应。尽管部分样品有气孔、裂纹、未熔物等缺陷,但本文采用SLM制备的多数TiNi形状记忆合金样品具有形状记忆效应。

关键词： TiNi 激光选区熔化形状记忆效应热处理

Effects of Yttria Addition on Microstructure,Mechanical Properties,Wear Resistance and Corrosive Wear Resistance of TiNi Alloy

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Journal of Materials Science & Technology 2009年第5期25卷 645-648页

作者： Hojat Ahmadi D.Y.Li Meisam Nouri Faculty of Biosystems Engineering University of TehranIran Department of Chemical and Materials Engineering University of AlbertaEdmontonCanada Department of Materials Engineering Tarbiat Modares UniversityTehranIran

TiNi alloy has a high resistance to wear and could be an excellent candidate for various tribological applications. But studies show that oxygen active elements can improve properties of some alloys, markedly. Yttrium is one of the oxygen active elements. In this paper, the effects of yttria addition on properties of TiNi have been studied via micro-indentation, hardness, wear and corrosive wear tests. It is demonstrated that by addition of yttria to 5%, TiNi alloy can own improved mechanical properties and resistance to wear and corrosive wear.

关键词： Yttria TiNi Mechanical behavior Wear corrosive Wear