粉末冶金法制備Ti-Nb基合金及其形狀記憶特性的研究

粉末冶金法制備Ti-Nb基合金及其形狀記憶特性的研究

由于正交結構的α"相和體心立方結構的β相之間存在熱彈性馬氏體相變，導致Ti-Nb基合金具有形狀記憶功能和超彈性。目前已有很多關于傳統熔煉鍛造方法制備的Ti-Nb基合金形狀記憶性能的報道。相比于傳統方法，粉末冶金工藝不僅加工溫度較低，且可以近凈成形。關于粉末冶金法制備Ti-Nb基合金的報道很少。日本學者A.Terayame等人通過粉末冶金法制備了4種成分的Ti-Nb基合金(Ti-22Nb、Ti-22Nb-4Ta、Ti-22Nb-4Al 和 Ti-22Nb-4Sn，原子分數)，并研究了第三組元及冷加工處理對Ti-Nb基合金形狀記憶功能的改善。

實驗首先將Ti粉、Nb粉及添加的第三組元粉末(Ta粉、Al粉、Sn粉)通過V型攪拌器充分混合，然后填入石墨模中進行真空脈沖電流壓力燒結。燒結前先進行預處理。預處理真空度為10 Pa，電流為500 A，脈沖間隔為30 ms，時間為30 s。燒結壓力為30 MPa，溫度為1 100℃，時間為20 min。然后對制備的Ti-Nb基合金進行1 100℃ ×24 min的真空固溶熱處理。僅對Ti-22Nb合金沿厚度方向進行變形量為95%的冷軋加工，然后進行600℃×10 min退火熱處理。研究表明，添加低熔點第三組元，可以有效增加燒結Ti-Nb基合金的密度。粉末冶金法制備的Ti-22Nb合金，經固溶處理后其馬氏體相變起始溫度(Ms)比熔煉鍛造加工法制備的合金低。添加Al元素可以改善Ti-Nb基合金的形狀記憶特性，并使其表現出超彈性。添加Sn和Ta元素可以細化Ti-Nb基合金晶粒，并起到固溶強化的作用，從而改善合金的拉伸性能。粉末冶金法制備的Ti-22Nb合金，經軋制及退火處理后形成{0 0 1}β＜1 1 0＞β織構，從而表現出超彈性，而且在加熱/冷卻過程中表現出雙程形狀記憶功能，形狀記憶應變為0.23%。

侯智敏摘譯自《Journal of Alloys and Compounds》