低溫下NiTi形狀記憶合金中缺陷和d電子行為的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、近等原子比的NiTi合金由于具有良好的形狀記憶效應(yīng)、超彈性、抗腐蝕性和生物相容性，被廣泛應(yīng)用于航空航天和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，已經(jīng)成為應(yīng)用最多、最有成效的一種記憶合金。在降低溫度或應(yīng)力誘變下，NiTi合金將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，晶體結(jié)構(gòu)由CsCl(B2)型轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡被兊腂19’型，當(dāng)溫度升高時(shí)，又能回到母相的結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出形狀記憶效應(yīng)。大量的研究表明，NiTi合金中的微觀缺陷和電子結(jié)構(gòu)狀態(tài)對(duì)于它的形狀記憶效應(yīng)和馬氏體轉(zhuǎn)變有著重要影響。目前，雖然

2、這方面的研究比較多，但是對(duì)于NiTi合金馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中的微觀缺陷和電子結(jié)構(gòu)隨溫度變化的微觀機(jī)制還不是很清楚。 本工作分別測(cè)量了NiTi、NiAI合金、Si單晶、純Fe、Co、Al、Nb、Cu、Ni、Ti金屬的符合正電子湮沒(méi)輻射多譜勒展寬譜，并從譜線(xiàn)中提取金屬及合金中3d電子的信號(hào)。測(cè)量了NiTi合金在降溫過(guò)程(295K降至25K)和升溫過(guò)程(25K升至295K)的正電子壽命譜。利用正電子壽命譜參數(shù)研究了NiTi合金馬氏體轉(zhuǎn)變及

3、其奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中的微觀缺陷和電子密度的變化，從而揭示NiTi合金馬氏體轉(zhuǎn)變的微觀機(jī)制。本文的研究結(jié)果表明： 1．當(dāng)Ni原子和Ti原子形成NiTi合金時(shí)，兩原子中的部分3d電子被局域化并形成共價(jià)鍵，導(dǎo)致合金基體中的自由電子密度相對(duì)較低。 2.NiTi合金中的自由電子密度比NiAl合金大，NiTi合金的韌性比NiAl合金好。 3.Cu和Nb金屬的商譜分別與Ni和Ti金屬的相近，在NiTi合金中加入Cu和Nb原子時(shí)，

4、合金的M<,s>點(diǎn)基本保持不變；Fe、Co和Al金屬的商譜均小于Ni金屬，在NiTi合金中加入Fe、Co和Al原子時(shí)，M<,s>點(diǎn)降低。 4.在降溫過(guò)程中，當(dāng)溫度從295K降至225K時(shí)，合金的電子密度n<,b>隨溫度的降低而下降，在225K時(shí)降至最?。粶囟葟?25K降至25K時(shí)，‰隨溫度的降低而升高。當(dāng)溫度從295K降至221K時(shí)，合金缺陷的開(kāi)空間隨溫度的下降而升高，在221K時(shí)達(dá)到最大值；溫度從221K降至25K時(shí)，缺陷的開(kāi)

5、空間隨溫度的下降而下降。在馬氏體相變起始溫度(M<,s>＝222K)點(diǎn)和終止溫度(M<,f>＝197.2K)點(diǎn)附近，合金的電子密度以及缺陷的開(kāi)空間均有異常變化。 5.在升溫過(guò)程中，當(dāng)溫度從25K升至253K時(shí)，合金的電子密度n<,b>隨溫度的升高而降低，并在253K時(shí)達(dá)到最小；而合金缺陷的開(kāi)空間隨溫度的升高而增大，溫度在253K時(shí)達(dá)到最大值。當(dāng)溫度從253K升至295K時(shí)，合金電子密度‰隨溫度的升高而升高，缺陷的開(kāi)空間隨溫度的升

6、高而下降。在開(kāi)始發(fā)生奧氏體相變溫度點(diǎn)(A<,s>＝237.5K)和奧氏體相變完成溫度點(diǎn)(A<,f>＝255.5K)，合金的電子密度‰以及合金缺陷的開(kāi)空間也有異常變化。 6.當(dāng)溫度從295K降至25K時(shí)，NiTi合金將發(fā)生B2→R→B19’，相變，當(dāng)溫度范圍在295K至275K，270K至225K，196K至25K時(shí)，Ni<,50.78>Ti<,49.22>合金分別處于B2，R和B19’相。不同的相，合金基體中的電子密度n<,b>