niti形狀記憶合金的織構(gòu)及殘余應力

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1、NiTi形狀記憶合金的織構(gòu)及殘余應力摘要NiTi形狀記憶合金由于具有出色的形狀記憶效應(SME)和超彈性(PE)效應而倍受人們關注。(尤其是隨著集成制造技術、微機電系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，NiTi薄膜作為優(yōu)良的驅(qū)動器兼?zhèn)骰笃鞑牧?，更是成為研究熱點。從應用的角度出發(fā)，SME和PE好壞的衡量指標中，回復應變和回復應力主要取決于在熱或應力誘發(fā)下，能發(fā)生多大的相變應變。包括母相與馬氏體相、母相與R相、R相=馬氏體相、R相變體再取向以及馬氏體相變體再取向過程的應變。，=卜r+由材料的各向異性現(xiàn)象和薄膜器件制造中的應力失

2、效出發(fā)，本文選擇織構(gòu)和殘余應力為目標對NiTi形狀記憶合金進行相關的系統(tǒng)研究。理論方面：結(jié)合馬氏體相變唯象理論WLR模型的SchmJd因子判據(jù)和晶格變形理論的相變應變計算，建立了單晶NiTi合金B(yǎng)2專M、B2---)R以及R專M的相變應變模型，計算單晶相變應變。／在此基礎上，采用應變無約束模型，通過三維取向分布函數(shù)(0DF)構(gòu)造反極圖，并以反極圖數(shù)據(jù)點為中心對投影球面進行不等球面劃分，建立了多晶NiTi相變應變模型，用加權(quán)平均方法計算多晶相變應變。與此同時，利用金相、透射電鏡(TEM)、熱分析(DSC

3、)、x射線衍射(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)等手段，通過拉伸、納米壓入等試驗測量NiTi合金的相變應變；通過彎曲法、x射線掠射法以及納米壓痕法測量帶基板NiTJ薄膜的殘余應力?∥?、用本文建立的單晶相變應變模型計算的單晶相變應變與前人試驗結(jié)果相當吻合。用多晶相變應變模型對不同冷拔變形率的NiTi絲材、熱軋板材、不同冷軋變形率的冷軋板材以及熱基板濺射薄膜的相變應變進行模擬計算，f結(jié)果表明：由于實際晶體中的晶界約束和晶體缺陷阻礙晶粒變形，NiTi多晶的相變應變理論計算值和試驗測量值所反映的變化規(guī)律一致

4、，絕對值則普遍高于測量值。隨著冷拔變形程度的增加(10．89％'--)48．16％)，NiTi冷拔絲材絲軸方向的相變應變不斷增大。通過分析其絲軸反極圖發(fā)現(xiàn)：隨著冷拔變形程度的增加，(355)、(111)、(112)(01I)等相變應變值高的取向位置上的軸密度逐漸上升，從而導致總體宏觀平均相變應變不斷增大；采用不同的熱處理條件：700℃X30min、400*0×60min和500*0×60min，在室溫下分別獲得單一母相、R相和馬氏體相的NiTi熱軋板材。ODF分析表明：700"C退火和400。Ci星火

5、NiTi熱軋板的織構(gòu)基本一致，為明顯的{221)、{115}矛1微弱的{447)面織構(gòu)，強度較高的(340)[430】和(950)[590】板織構(gòu)，兩者的區(qū)別只是后者的織構(gòu)強度較低；沿與軋向成不同角度方向取樣并進行拉伸試驗發(fā)現(xiàn)：NiTi熱軋板的相變應變具有明顯的各向異性，即沿軋向(RD)的相變應變最大，沿橫向(TD)最小，沿與軋向成45。方向則略低于軋向。通過不同取樣角方向的反極圖分析認為，相變應變的這種各向異性與不同取樣角時(355)、(122)和(012)極點附近的軸密度變化有關：0。一30。取樣

6、角范圍內(nèi)，上述極點的軸密度普遍較高且變化不大，當取樣角達到45。并進一步加大時，這些軸密度開始明顯降低；與熱軋板相比，NiTi冷軋板具有比熱軋板更強的織構(gòu)，并且出現(xiàn)了熱軋板中所沒有的{111)面織構(gòu)；對不同冷拔變形率的冷軋NiTi板的ODF和相變應變的測試及計算發(fā)現(xiàn)：冷軋板具有比較均勻的{221)、{557}并n{114}面織構(gòu)，并且隨變形率的增大而增強；冷軋NiTi板的相變應變隨冷軋變形量的增大而增大，其原因是(355)和(122)極點附近軸密度隨冷軋變形量的升高而增大；采用磁控濺射方法在(100)

7、、(111)單晶硅和多晶硅基板上制備NiTi薄膜?；宸植活A熱和500。C、525℃、550。C三種預熱溫度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：基板種類的不同對薄膜織構(gòu)的形成具有十分顯著的影響：1)(100)單晶硅熱基板上濺射薄膜時形成的織構(gòu)比較簡單，為{100}、{1lO)和{111)面織構(gòu)，織構(gòu)類型不隨基板預熱溫度變化而變化；2)(“1)單晶硅熱基板濺射薄膜形成的織構(gòu)則比較復雜，織構(gòu)類型隨基板預熱溫度升高變化較大；3)多晶硅基板500"C預熱濺射的NiTi薄膜主要是{110}面織構(gòu)和{111)面織構(gòu)；同時基板溫度對薄膜織

8、構(gòu)也有影響：1)(100)單晶硅基板不預熱時獲得非晶態(tài)NiTi薄膜，經(jīng)后續(xù)退火晶化后沒有形成織構(gòu)：2)預熱的(100)硅基板上濺射的NiTi薄膜中{100)和{110}織構(gòu)在525。C時強度最高，而{111}面織構(gòu)則在550"C時最強；3)預熱的(111)單晶硅基板上濺射的NiTi薄膜中也是以面織構(gòu)為主，但與(100)硅基板的情況并不相同。隨基板預熱溫度的升高，{110)、{221)和{449)的強度逐漸減弱并向{111)和{115}面織構(gòu)轉(zhuǎn)變；實驗表明