题目：TiNi基高强形状记忆合金研究

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、医疗植入和自动控制等领域展现出广阔的应用前景。事实上，在以上所述的形状记忆合金的应用中，功能特性（形状记忆）和力学特性（恢复力）构成该合金的两个重要参量。越来越多的应用场合，如航空航天领域中超高压管路密封和连接等，对形状记忆合金的力学性能提出了更高的要求。一般退火态的NiTi二元合金已经不能满足高压条件下对力学性能，特别是屈服强度的要求。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，从而拓展记忆合金应用范围具有重要的过程价值。本文系统研究了TiNi(Al, Fe, Nb)形状记忆合金的微观结构、相变特性和力学性能，获得了研究和发展NiTi基高强形状记忆合金的新途径。论文的主要研究结果如下：在NiTi和TiNiFe记忆合金中添加Al元素显著影响合金的微观组织和相变行为。Al元素的添加可促使弥散的(Ti,Al)2Ni相形成，同时降低了合金的马氏体相变温度并导致R相的出现。这主要是Al元素的添加提高了合金基体的Ni/Ti比值及其对R相和马氏体相变温度的不同影响而导致的。试验结果表明，Ni50Ti50-xAlx系列合金和Ni50-x/2Ti50-x/2Alx合金的相变温度随着Al元素的加入下降显著，当Al含量分别达到3at.%或4at.%时，合金的马氏体相变温将低于液氮温度。同时研究了Al对TiNiFe形状记忆合金的相变特性的影响，发现添加0.5at.%的Al对合金的相变温度影响不大，添加1.0at.%的Al显著降低合金的R相变和马氏体相变温度。研究了Al元素对NiTi和TiNiFe记忆合金力学性能的影响。结果发现由于Al元素的固溶强化作用以及第二相的弥散强化作用使TiNiAl合金的屈服强度随Al含量的增加显著提高，Al含量为4at.%的Ti50Ni46Al4、Ni50Ti46Al4和Ti48Ni48Al4合金的屈服强度分别为774MPa、833MPa和805MPa；在TiNiFe合金中添加0.5at%的Al对合金的屈服强度影响不明显，添加1.0at.%的Al时，Ti50Ni47Fe2Al1和Ti50Ni46.5Fe2.5Al1合金的屈服强度提高到561MPa和585MPa，分别提高70%和74%。Al元素对NiTi基体的固溶强化作用和弥散强度作用是TiNiFeAl合金强度提高的主要原因。 Ti50Ni47Fe2Al1、Ti50Ni46.5Fe2.5Al1以及Ti50Ni46.5Fe3.5和Ti50Ni46Fe4合金的马氏体相变温度低于液氮温度，但在液氮温度变形时获得了源于应力诱发马氏体的6.9%、7.5%以及7.4%和8.0%的最大可恢复应变，为发展高强低相变点形状记忆合金拓宽了相变温度范围的限制。本文还系统研究了具有不同Ni/Ti比值的Ni50-xTi45+xNb5合金的微观组织、相变特性、力学性能和记忆效应。试验结果表明：合金基体中固溶的Nb含量对合金的Ni/Ti比值非常敏感，随着Ni/Ti比值的增加，基体中的Nb含量增加，同时合金的相变温度下降。由于Nb的固溶强化作用以及软质点富Nb相的减少，Ni50-xTi45+xNb5合金的屈服强度得到显著提高，同时合金依然保持良好的室温塑性以及优异的形状记忆效应。同时发现Ni50-xTi45+xNb5合金经过预变形后可获得大的热滞后，说明富Nb相的存在并不是决定NiTiNb合金具有大的相变滞后的主要因素。具有单一B2结构的NiTiNb合金在0K~380K温度范围内，表现出负的电阻－温度系数，即电阻随温度的下降呈现单调增加的趋势，说明NiTi基合金电阻随温度下降而增加的现象不是由于R相变引起的，但其本质原因还需要进一步研究。