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纳米SiO_2颗粒增强TiNi形状记忆合金的制备及相关性能研究

作　者: 李传吉
导　师: 林建国
学　校: 湘潭大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: TiNi-SiO2复合材料 SPS 真空烧结 相变温度 力学性能
分类号: TG139.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 21次
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内容摘要


TiNi形状记忆合金（SMAs）具有优异的力学性能、良好的耐腐蚀性、生物相容性和特殊的形状记忆和超弹性性能,作为生物植入材料在医疗领域有着极大地应用潜力。在TiNi合金中加入陶瓷相颗粒,在增强其强度的同时保持着TiNi合金的优异特性,可得到具有优良力学性能的TiNi形状记忆合金复合材料。本论文采用放电等离子烧结（SPS）和真空烧结（VAS）两种烧结工艺成功制备了不同纳米SiO2颗粒含量的TiNi-SiO2复合材料,并分析了SiO2添加量对TiNi-SiO2复合材料的显微组织、相变特征温度、力学性能及超弹性的影响,同时对其压缩断口形貌进行了观察,并对断裂特征及变形机制进行了分析。主要结论如下:1.两种方法所制备的试样其显微组织都主要由TiNi相、Ni3Ti相、Ti2Ni相以及SiO2相组成,且SiO2颗粒均匀弥散地分布在TiNi基体中。2.随SiO2添加量的增加,SPS法制备的试样的相变特征温度,马氏体相变结束温度（Mf）、奥氏体相变开始温度（As）和奥氏体相变结束温度（Af）下降,但SiO2的添加量对马氏体相变开始温度（Ms）影响不大,而真空烧结试样的相变特征温度随SiO2添加量的增加变化不明显。3.室温下的压缩试验表明,SiO2颗粒对TiNi合金的强化效果明显,但随颗粒加入量增加,其塑性逐渐降低,且其断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂。同时SPS法制备的试样强度略高于真空烧结试样,但其塑性低于真空烧结试样。4.室温下的循环加载-卸载实验结果表明,在小变形范围内,SPS法制备试样的形变回复率,随SiO2颗粒添加量的增加而增加,而真空烧结试样的形变回复率,随SiO2颗粒添加量的增加而降低。对比SPS法和真空烧结试样,可以发现,当SiO2颗粒添加量较少（低于1%）时,真空烧结试样的回复率高于SPS法制备的试样,具有更好的超弹性能,而当颗粒加入超过1%时,由于孔隙率的增加,真空烧结试样的回复率明显低于SPS法制备的试样。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 引言  8-9
  1.2 形状记忆合金的基本性质  9-11
    1.2.1 热弹性马氏体相变  9
    1.2.2 形状记忆效应  9-10
    1.2.3 伪弹性与超弹性  10-11
    1.2.4 形状记忆效应与超弹性的关系  11
  1.3 钛基复合材料  11-12
  1.4 颗粒增强钛基复合材料制备工艺  12-17
    1.4.1 分散  13
    1.4.2 混合  13-14
    1.4.3 成形  14-15
    1.4.4 烧结  15-17
  1.5 颗粒增强钛基复合材料的物理和力学性能  17-18
    1.5.1 弹性模量  17
    1.5.2 强化机制  17-18
  1.6 本文的研究目的与主要工作  18-20
    1.6.1 研究目的  18
    1.6.2 研究内容  18-20
第2章 放电等离子烧结法制备TiNi 基复合材料及其组织与性能  20-33
  2.1 引言  20
  2.2 实验方法  20-22
    2.2.1 样品的制备  20-21
    2.2.2 显微组织分析  21
    2.2.3 DSC 分析  21
    2.2.4 合金的力学性能与超弹性分析  21-22
  2.3 实验结果与讨论  22-32
    2.3.1 合金的致密度和显微组织  22-24
    2.3.2 DSC 热分析  24-27
    2.3.3 合金的力学性能和超弹性  27-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章 真空烧结法制备TiNi 基复合材料及组织与性能  33-46
  3.1 引言  33
  3.2 实验方法  33-35
    3.2.1 样品的制备  33-34
    3.2.2 显微组织分析  34
    3.2.3 DSC 分析  34
    3.2.4 合金的力学性能与超弹性分析  34-35
  3.3 实验结果与讨论  35-44
    3.3.1 合金的致密度与显微组织  35-38
    3.3.2 DSC 热分析  38-40
    3.3.3 合金的力学性能与超弹性  40-44
  3.4 本章小结  44-46
第4章 总结与展望  46-48
  4.1 总结  46
  4.2 展望  46-48
参考文献  48-52
致谢  52-53
附录：攻读硕士学位期间发表的学术论文  53

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 合金学与各种性质合金 > 其他特种性质合金 > 形状记忆合金
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