纳米晶NiTi形状记忆合金的研究进展

摘要

随着现代科技的迅猛发展,航空航天、军事工业及医疗卫生等重要领域要求器件高速化、智能化及小型化,而传统的形状记忆合金材料已满足不了现代科技的发展要求.研究者们对形状记忆合金的加工工艺和结构不断进行改进,发现Cu基和Fe基记忆合金存在马氏体热稳定性差、超弹性和形状记忆效应差、强度及硬度低、抗腐蚀性能差等严重问题,阻碍了其应用发展.纳米晶NiTi形状记忆合金制备高阻尼、高强度及耐腐蚀性材料自进入人们的视野以来,就得到了广泛关注.因此,纳米晶NiTi基形状记忆合金有望成为未来功能材料领域的重要研究对象.纳米晶NiTi形状记忆合金由于具有比粗晶和超细晶更高的硬度、抗拉强度及更大的可回复应变等特性而得到广泛关注.然而,NiTi形状记忆合金的诸多功能特性均与热弹性马氏体相变息息相关,其相变特征主要有温度诱发马氏体相变和应力诱发马氏体相变两种机制.研究发现,影响NiTi基合金可逆马氏体转变温度的因素较多,主要有热循环、合金元素、晶粒尺寸和退火温度等.特别是当NiTi记忆合金的晶粒尺寸达到纳米级时,合金对温度与外加应力极为敏感,会表现出与粗晶和超细晶不同的相变特征.晶粒尺寸对纳米晶NiTi形状记忆合金相变的影响主要体现在热诱发马氏体相变及应力诱发马氏体相变两方面.基于此,近年来研究者们对热诱发马氏体相变临界晶粒尺寸、相变温度及应力诱发马氏体相变的临界应力、应力滞后等方面进行了深入研究.对于热诱发马氏体相变,B19′马氏体相变的临界晶粒尺寸约为50 nm,相变温度随晶粒尺寸减小而降低;R相变的临界尺寸约为15 nm,相变温度随晶粒尺寸减小而升高.对于应力诱发马氏体相变,临界相变应力随晶粒尺寸减小而升高.对于应力诱发马氏体相变的应力滞后,研究者们得出了不同的结论,主要是位错与晶粒尺寸对应力滞后共同作用的结果.研究晶粒尺寸对其相变的影响将有利于更好地研究纳米晶NiTi记忆合金,使其在热敏元件、管接头、纳米级致动器及微机电体系等领域有巨大的发展潜力.本文简述了温度诱发马氏体相变和应力诱发马氏体相变机制,主要综述了晶粒尺寸对纳米晶NiTi合金两种诱发马氏体相变机制的影响.