● 摘要
NiTi基形状记忆合金以独特的形状记忆效应和超弹性，作为重要的智能材料已经在航空航天、机械电子和自动控制等领域展现出广阔的应用前景。越来越多的应用场合，对形状记忆合金的力学性能提出了更高的要求。因此，发展新型高强形状记忆合金对实现形状记忆合金的优异功能特性与高力学性能的统一，拓展记忆合金应用范围具有重要的价值。本文系统研究了富Ni的TiNiFeMo形状记忆合金的微观结构、相变特性、力学性能和形状记忆效应以及不同的热处理制度对Ti50Ni47Fe3和Ti50Ni47Fe2Mo微观组织，相变行为，力学性能和记忆效应等的影响试图获得研究和发展NiTi基高强形状记忆合金的新途径。同时，利用固体与分子经验电子理论对富Ni的TiNiFe形状记忆合金马氏体相变温度和抗拉强度的变化从价电子层面上进行了解释。论文的主要研究结果如下： 随着Fe元素含量的增加， Ti50-xNi50Fex形状记忆合金(x=0.4, 0.6, 0.8, 2, 3)的马氏体相变点下降：当x从0.4增加到0.8时，马氏体相变开始温度从273.07K下降到171.83K；当x≥2时，马氏体相变温度下降到液氮温度以下；而合金在室温和液氮温度下的屈服强度和抗拉强度则随着Fe元素含量的增加而增加，当x=0.8时，Ti50-xNi50Fex形状记忆合金具有最高的屈服强度和抗拉强度，在室温下分别为557.44MPa和777.31MPa，在液氮温度下则分别达到494.42MPa和1079MPa，但是延伸率则下降到最小值；Ti49.6Ni50Fe0.4合金的记忆效应最好，当施加8%的预变形时，应变可完全恢复。在Ti48Ni50FexMo2-x(其中x＝0.5, 1, 1.5)以及Ti49Ni50FexMo1-x(其中x＝0.25, 0.5, 0.75)合金中，当Ti/Ni含量的比值一定时，随着Fe元素含量的增加，Mo元素含量的减少，Rs呈上升趋势。在添加的第三和第四组分含量相同的情况下，富Ni的TiNiFeMo合金比富Ti的TiNiFeMo合金有更高的强度。热处理制度的变化对Ti50Ni47Fe3和Ti50Ni47Fe2Mo的特征相变温度的影响很小，而对种合金的室温和低温力学性能以及形状记忆效应则有着不同程度的影响。对于Ti50Ni47Fe3合金来说，合金的在低温和室温时的屈服强度和抗拉强度随着热处理温度的升高都是先增大后减小。在室温时，经过500℃热处理的合金的强度最好；经过650℃热处理的合金在低温时强度最好；Ti50Ni47Fe2Mo合金室温下的屈服强度在经过350℃热处理后达到最大值，其后则随温度的升高而下降，低温下的经过650℃热处理的合金屈服强度最好；合金无论低温和室温下的抗拉强度都随热处理温度升高一直呈下降趋势。利用固体与分子经验电子理论建立了Ti50-xNi50Fex(其中x＝0.4,0.6,0.8)合金的价电子结构模型，经过计算发现Ti-Ni键的共价电子数越多，Ms点越低；共价电子密度越大，合金的抗拉强度越大。与实验得出的结果一致。