燃烧合成多孔NiTi形状记忆合金的结构形成机理研究

摘要

本实验采用燃烧合成法研究多孔NiTi形状记忆合金，针对Ni-Ti弱放热体系的特性从热力学和动力学两方面进行了较为全面的研究。根据热力学原理计算了Ni-Ti体系反应自由能并绘出了各个可能发生的反应的标准生成自由能变化曲线。通过对理想状态下反应绝热温度的计算，了解体系的预热温度与绝热温度和熔化率的关系。通过非等温热分析法求燃烧合成反应体系的动力学参数，建立了Ni-Ti反应的动力学方程。 针对NiTi形状记忆合金的高孔隙率特性，利用自蔓延高温合成技术制得高孔隙率的多孔NiTi合金，孔洞成三维贯通结构。发现燃烧合成NiTi时燃烧波以螺旋方式发生蔓延，生成物产生分层结构。研究了压坯压力、不同Ni的含量、不同Ti粉粒度等工艺参数对产物组成形貌的影响，从而得出一个较佳的制备条件。 采用淬熄法成功淬熄了NiTi合金。采用xRD、SEM和能谱分析法研究淬熄试样的相组成及微观结构变化，探讨了其反应机理。提出了燃烧合成NiTi反应的转变机制：扩散-溶解-析出机制。1、当温度较低时，Ni和Ti均为固态，反应通过Ni和Ti的相互扩散生成NiTi<,2>相，此即为固-固扩散机制；2、随着温度升高，NiTi<,2>溶化相出现，形成(Ni，Ti)NiTi<,2>固溶体，此过程为扩散-固溶机制；3、当Ni和Ti原子在液相内达到饱和时，NiTi相从液相中向外析出并长大，此为溶解-析出机制。 由于反应按扩散-溶解-析出机制进行，过程的激活能比在单一固态扩散下低的多，所以NiTi的析出反应易于进行。以上三种反应机制在燃烧合成过程中都是同时存在的。而当燃烧温度达到一定程度后，产物主要通过溶解-析出机制形成，从而可合成单相NiTi。 针对Ni-Ti反应中的扩散-溶解-析出机制建立了NiTi生成反应的宏观动力学模型，反映出了燃烧合成NiTi合金的结构转变过程。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1多孔NiTi形状记忆合金的研究意义

1.1.1形状记忆合金的研究现状

1.1.2 NiTi形状记忆合金的发展历史

1.1.3形状记忆合金的性能

1.1.4形状记忆合金的种类

1.1.5 NiTi形状记忆合金的应用现状

1.2 NiTi合金的制备

1.2.1元素粉末混合烧结制备NiTi形状记忆合金

1.2.2(预)合金粉烧结制备多孔NiTi形状记忆合金

1.3自蔓延法制备NiTi合金

1.4燃烧合成机理研究

1.5课题的研究目标及意义

第二章实验内容及过程

2.1实验类型及目的

2.2实验原料及设备

2.2.1实验原料

2.2.2实验设备

2.3燃烧合成产物的分析设备

2.4实验过程

2.5自蔓延燃烧合成制备NiTi合金

2.6自蔓延工艺参数对NiTi合成的影响

2.6.1压坯压力

2.6.2不同Ni的含量

2.6.3不同Ti粉粒度

2.7淬熄法研究NiTi合金

第三章燃烧合成多孔NiTi形状记忆合金的热力学和动力学分析

3.1燃烧合成热力学

3.2 Ni-Ti体系的反应热力学

3.2.1 Ni-Ti体系反应自由能计算

3.2.2 Ni-Ti体系绝热温度计算

3.3反应产物的熔化率计算

3.4计算结果与分析

3.4.1反应自由能

3.4.2绝热温度

3.4.3燃烧合成动力学

3.5燃烧合成的反应动力学过程

3.5.1非等温热分析建立动力学方程

3.5.2 Ni-Ti反应体系的差热分析

3.6 小结

第四章燃烧合成NiTi

4.1 NiTi燃烧模式

4.2压坯压力的影响

4.3 Ni含量的影响

4.4不同Ti粉粒度的影响

4.5小结：

第五章燃烧波淬熄法研究NiTi合金

5.1燃烧合成的反应动力学过程

5.1.1燃烧波淬熄实验

5.1.2淬熄试样各区形貌分析

5.2NiTi合金的结构转变机理

5.3小结

结论

参考文献

致谢

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