镍钛形状记忆合金变温下的微观摩擦性能研究

摘要

本文采用原子力显微镜，在真空环境和不同温度条件下，实验研究了超弹(SE)和形状记忆(SME)NiTi合金的微观摩擦性能。一方面，实验研究了不同温度下SE NiTi合金在低、高载荷下单次划痕摩擦的摩擦特性，重点考察了SE NiTi合金在不同温度下表面形貌的变化，以及其温度相关的应力诱发的马氏体相变对其摩擦性能的影响。在此基础上，进一步研究了SMENiTi合金在不同温度循环往复划痕条件下的摩擦特性。通过实验测量了不同条件下的NiTi形状记忆合金表面的摩擦力和划痕深度；为深入分析SME NiTi合金的摩擦机理，将其摩擦力细分为界面摩擦力和犁沟摩擦力两个组成分项，探讨了往复划痕过程中两个摩擦力分项的变化和竞争情况。本文通过以上的实验研究和分析，得到的主要结论有： 1．在低载荷无磨损的摩擦状态下，SE和SME NiTi合金的表面形貌基本与温度无关，随温度升高没有发生明显变化：而且其表面以粘着摩擦为主的摩擦力也基本与温度无关，随温度升高而变化不大。 2．在高载荷摩擦下，随着温度的升高，由于SE NiTi合金相变应力逐渐增大，其表面产生的划痕变得更窄更浅，其表面以犁沟摩擦为主的摩擦力随着温度的升高而减小；而在高载荷的往复划痕条件下，SME NiTi合金材料表面在温度升高后呈现一定的超弹特性，划痕的残余深度得到一定程度的恢复，恢复后的深度与在高温下往复划痕的深度相当。 3．在高载荷往复划痕条件下，SME NiTi合金表面的界面摩擦力和犁沟摩擦力随划痕次数的增大分别呈增大和减小的趋势，计算得到的总摩擦力数值与测量所得摩擦力数值的变化趋势保持了较好的一致性。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1 NiTi形状记忆合金的研究历史

1.2 NiTi合金的特性

1.2.1形状记忆效应

1.2.2超弹性

1.3 NiTi合金的应用和研究现状

1.3.1NiTi合金的应用领域

1.3.2 NiTi合金的研究现状和趋势

1.4 NiTi合金摩擦磨损及其机理的研究

1.4.1摩擦

1.4.2磨损

1.4.3 NiTi合金的摩擦磨损

1.5研究意义及内容

1.5.1论文的研究意义

1.5.2论文主要研究的内容

第2章实验方法和材料

2.1实验材料

2.1.1材料选择

2.1.2实验样品的制备

2.2实验仪器、装置和实验参数

2.2.1纳米压痕仪

2.2.2原子力显微镜

2.2.3实验参数

2.3原子力显微镜数据、图象分析方法

2.3.1表面形貌图象扫描

2.3.2摩擦力的测定

2.4金刚石针尖正压力常数和扭转刚度的标定

2.4.1金刚石针尖正压力常数的标定

2.4.2金刚石针尖扭转刚度的标定

第3章温度对NiTi合金摩擦特性的影响

3.1温度对NiTi合金的微观表面形貌的影响

3.1.1超弹NiTi合金

3.1.2形状记忆NiTi合金

3.2低载下变温前后超弹NiTi合金表面形貌和摩擦力变化

3.3高载下温度对超弹NiTi合金摩擦性能的影响

3.4小结

第4章SME NiTi合金在往复划痕条件下的微观摩擦机理研究

4.1 SME的应力-应变曲线和摩擦力曲线

4.1.1不同温度下SME的应力-应变曲线

4.1.2 SME的反复压痕实验

4.1.3变温下SME的摩擦力

4.2变温下SME在往复划痕条件下的微观摩擦机理研究

4.2.1变温下SME在往复划痕条件下表面形貌的变化

4.2.2变温下SME在往复划痕条件下表面摩擦力的变化

4.2.3室温下SME在往复划痕条件下的微观摩擦机理研究

4.3小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文