NiTi/NiTi-Nb合金的制备与组织性能表征

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NiTi合金的形状记忆效应、超弹性、良好的生物相容性,优良的抗腐蚀性,低的弹性模量和良好的延展性等优良的力学性能使其在生物医疗领域、航空航天和智能材料等领域具有广泛的实践应用。但是,NiTi合金与同质材料和异质材料的连接难题使NiTi合金在应用过程中仅能具有简单的几何结构,从而限制了NiTi合金更加广泛的应用。为此,相关学者提出采用电阻焊接和激光焊接等手段,但由于焊接使得接头部分易产生脆性的第二相和大面积的热影响区,同时还需要大量的焊料,因此这些方法未得到广泛的应用。2007年,Grummon提出的NiTi-Nb伪二元共晶反应,使用Nb作为NiTi合金熔点抑制剂,从而在高温条件下使Nb与NiTi充分熔合凝固,使NiTi丝之间形成牢固冶金结合,该连接区域具有较高的强度、良好的延展性和超弹性、抗腐蚀性能和生物相容性等性能。本文采用Nb箔与NiTi丝在氩气氛高温烧结炉中加热到1185℃,保温6min制备NiTi/NiTi-Nb合金。借助扫描电子显微镜与EDS能谱仪和纳米压痕设备与循环拉伸试验,分别观察NiTi丝与Nb箔连接界面的显微组织,检测扩散层元素分布、物相组成和测试NiTi基体和熔融区超弹性和形变恢复等力学性能。研究结果表明:NiTi丝与Nb箔连接处存在Nb箔、NiTi-Nb共晶区、初生NiTi区和NiTi基体4层明显的扩散层。NiTi基体内部发现马氏体相。在NiTi-Nb共晶区扩散层中Nb非均匀分布,形成短棒状富Nb相,同时存在多面结构富Ti相,NiTi-Nb共晶组织呈长条状和等轴状分布。NiTi基体的强度低于熔融区,且NiTi基体的形变恢复53%明显高于熔融区的35%。拉伸变形后在熔融区产生大量位错和大量板条状马氏体、孪晶马氏体。此外,还产生马氏体和母相奥氏体相互交错结构。该实验关于Nb箔与NiTi合金界面处的显微组织和力学性能的研究,有助于理解采用Nb作为NiTi合金连接材料的优势,为制备NiTi点阵材料提供理论支持,推动NiTi合金更加广泛的应用。
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