鈦基金屬間化合物作為高溫形狀記憶合金的研究動向

鈦基金屬間化合物作為高溫形狀記憶合金的研究動向

最近在美國航空航天局(NASA)展示了有可能用于噴氣發動機部件的高溫形狀記憶合金，由此引發了對各種高溫形狀記憶合金的研究。其中有研究探討了相變溫度約為300℃的Ti-NiPt合金用于噴氣發動機可變吸氣口及減少噪聲的排氣裝置上的可能性。此外還有相變溫度為250℃的TiNiPdPt合金和相變溫度為180℃附近的TiNiHf合金等的應用研究。這些研究均還處于試驗階段，但表明相變溫度在300℃以下的形狀記憶合金有可能獲得應用。

為了提高TiNi合金的相變溫度，進行了添加Hf、Zr等高熔點金屬元素及Pt、Pd、Ir、Ru等鉑族金屬元素的試驗研究。添加Hf和Zr可使TiNi合金的相變溫度分別提高至400℃和250℃。TiNi合金添加Pd元素，在247℃可完全回復，但Pd元素添加量超過30%(原子分數)，則回復率急劇下降。還進行了對 TiNi合金的多元素添加試驗研究。如Ti-15Ni-25Pd合金中添加10%的Cu(原子分數)，其Af為180℃，在600 MPa應力下的溫度循環試驗表明可達完全的回復。Ti-24.5Ni-25Pd中添加0.5%的Sc(原子分數)，其Af為207℃，在100 MPa應力下的溫度循環試驗表明可完全回復。還研究了Ti-49.5Ni-15Hf合金中添加15%的Nb(原子分數)，其在500 MPa應力下的溫度循環試驗表明可完全回復，可用于相變溫度為230℃附件的記憶合金。

TiPd、TiPt合金的相變溫度分別為570℃和1 000℃，而且它們的熔點高于TiNi合金，這有利于抑制高溫擴散。另外，TiPd合金中Pd的成分范圍為47% ～53%(原子分數)，TiPt合金中Pt的成分范圍為46% ～53%(原子分數)，均比TiNi要寬，有利于B19相在室溫下的穩定性。以TiPd、TiPt合金為基進行了添加第三元素Ir、Ru以及Zr的試驗研究。結果表明，添加Zr可大大提高合金的形狀回復率，如Ti-50Pd-5Zr合金在380℃下可獲得100%的回復率。

歸納現已發表的高溫形狀記憶合金的形狀記憶回復率，可以看出，TiAu合金具有與TiPd合金同等的相變溫度，在500℃的壓縮試驗變形后可回復80%，有可能作為高溫形狀記憶合金。與TiPt合金具有同等相變溫度的還有RuTa、RuNb合金，其形狀回復率試驗值波動大，可能與試驗方法有關，尚需進一步研究。由此可見，相變溫度在300℃以上的高溫形狀記憶合金的候選合金有若干種。到目前為止，形狀記憶合金可完全回復的溫度最高為500℃，高于該溫度的完全回復合金尚未發現。另外在高溫下，形狀記憶合金容易發生高溫蠕變，因此要進一步研究其循環特性。形狀記憶合金要在高溫下具有穩定的形狀回復循環性能，就有必要提高其高溫強度及蠕變性能，而這又會引起加工性能的下降。因此，高溫形狀記憶合金的開發還有重要的一點是必須開發與TiNi合金不同的加工工藝。

10.13567/j.cnki.issn1009-9964.2014.02.016

吳全興摘譯自《チタン》