成型工藝對NiTi合金結(jié)構(gòu)和性能影響的研究.pdf

1、等原子比的鎳鈦形狀記憶合金因其具有優(yōu)良的形狀記憶效應、超彈性和良好的生物相容性而被廣泛地運用于各個領(lǐng)域。但是在鎳鈦合金的傳統(tǒng)熔煉制備過程中，由于成分偏析、雜質(zhì)等因素的影響，使得合金成分不均勻，最終會嚴重影響合金的性能。另外，鑄錠在后期的塑性成型過程中，由于鎳鈦合金的加工硬化率高，所以單道次的變形量小，需要進行多道次加工。而采用粉末冶金法制備鎳鈦合金，則能有效的避免傳統(tǒng)熔煉工藝的不足之處，且粉末冶金法能實現(xiàn)產(chǎn)品的近凈成型，減少后期的加工。

2、既能節(jié)約原料，還能減少生產(chǎn)工序，提高生產(chǎn)效率。
　　本研究以金屬鎳粉和鈦粉為原料，通過粉末燒結(jié)成型來制備鎳鈦合金。主要采用了壓制成型（金屬粉末—壓制成型—燒結(jié)）和凝膠注模成型（金屬粉末—料漿—澆注成型—燒結(jié)）兩種成型工藝來制備鎳鈦合金，通過XRD、SEM、顯微硬度等測試分析方法，主要研究了燒結(jié)工藝、燒結(jié)方法、原料狀態(tài)等因素對制備出合金致密度的影響。得到的結(jié)果如下：
　?、賹褐瞥尚偷腘i-Ti坯體進行真空燒結(jié)，發(fā)現(xiàn)在1050

3、℃下，隨著燒結(jié)時間的增加，合金組織中的NiTi相含量增多，Ni3Ti和NiTi2等雜質(zhì)相含量減少，合金密度值和硬度值都增加。燒結(jié)2~8小時，合金的密度為5.97~6.10g.cm-3，孔隙率為5.5％~7.4%，硬度為347.5~408.43HV，晶粒度為10~30um。其中燒結(jié)6小時制備出的合金最為理想，其密度為6.1g.cm-3，致密度達到94.6%，硬度值達到408.4HV，與致密態(tài)鎳鈦合金的理論密度（6.45g.cm-3）最為接

4、近。而在900℃下燒結(jié)2~8小時，合金的密度從5.57g.cm-3增至5.63g.cm-3，其中燒結(jié)8小時得到合金的密度值最大，為5.63g.cm-3，致密度為87.3%，硬度為284.6HV。在1050℃下燒結(jié)出的合金的平均密度值比在900℃下燒結(jié)制備出的合金的平均密度值高出0.44g.cm-3，平均硬度值高出146HV。但是，高溫燒結(jié)下合金的晶粒尺寸長大也更加明顯，在1050℃下燒結(jié)時間從2小時增加到8小時，合金的晶粒尺寸從10um

5、增加到20~30um。
　?、谠贜iTi合金的燒結(jié)過程中，Ni、Ti原子間的相互擴散優(yōu)先形成NiTi2和Ni3Ti相，然后再通過NiTi2+Ni→NiTi和Ni3Ti+Ti→NiTi的轉(zhuǎn)變生成NiTi，但當坯體中的Ni和Ti被消耗完后，剩余的NiTi2和Ni3Ti將殘留在組織中，這也是即便在1050℃下燒結(jié)8小時，合金組織中仍存在少量的NiTi2和Ni3Ti相的原因。
　?、鄄捎媚z注模成型的方法制備Ni-Ti坯體，在制備N

6、i-Ti料漿的過程中發(fā)現(xiàn)，料漿的粘度值隨著固含量的升高而升高。料漿中分散劑含量的增加則使的Ni-Ti料漿的粘度值先降低然后緩慢增加。在250r/min，球料比1:1的球磨條件下，球磨60min能使油酸的分散效果達到最佳，料漿的粘度大大降低。通過對實驗結(jié)果的綜合分析，最終選擇Ni-Ti料漿的固含量為43%，分散劑加入量為金屬粉末質(zhì)量的1%，引發(fā)劑的的添加量為有機單體質(zhì)量的1.7%，催化劑的添加量為有機單體積的10%。通過測量干燥過程中Ni

7、-Ti凝膠坯體質(zhì)量的變化和對DSC-TG結(jié)果的分析，確定了坯體干燥工藝為60℃下干燥時間24h，排膠工藝為300℃和450℃兩個溫度下分別排膠1h和4h。
　?、芤詸C械球磨制備的Ni-Ti混合粉和Ni-Ti合金粉為原料，用凝膠注模成型技術(shù)制備成的Ni-Ti坯體，然后在1050℃下真空燒結(jié)4小時。燒結(jié)后發(fā)現(xiàn)，以Ni-Ti合金粉為原料制備的合金組織中NiTi相含量更多，且各相在組織中的分布更加均勻，但是以合金粉為原料燒結(jié)出的合金中鈦的

8、氧化物也要多一些，而Ni-Ti混合粉燒結(jié)出的合金組織中的雜質(zhì)相更多。兩種粉末燒結(jié)后的合金組織中都存在大量均勻分布微孔，材料的密度也較低，合金粉為原料制備出的合金密度為5.42g.cm-3，孔隙率為16%，混合粉為原料制備出合金的密度為5.38g.cm-3，孔隙率為16.6%。但是在腐蝕后的晶相組織中，發(fā)現(xiàn)以Ni-Ti合金粉為原料制備出的合金的晶粒尺寸更細小。
　?、菰谙嗤臒Y(jié)工藝下，對凝膠注模成型后的Ni-Ti坯體分別采用真空燒