TiNb包覆NiTi形状记忆复合材料的马氏体相变与力学行为的相关性研究

基本信息
批准号:51771082
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:郭顺
学科分类:
依托单位:江苏大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张俊松,彭敬敦,侯秀丽,郑琦,谢奕心,商铫,杨雨童
关键词:
马氏体相变钛铌/镍钛超弹性热弹性马氏体相变力学行为
结项摘要

The currently developed shape memory alloys cannot perform a combination of no cytotoxicity, high critical stress for inducing martensite (σSIM) and large recoverable strain, which cannot meet the demand of biomedical fields for comprehensive properties. Recently, in our preliminary study, a new class of nontoxic TiNb-sheath/NiTi-core (TiNb/NiTi) shape memory composites with the above comprehensive properties has been fabricated through a series of metallurgy method. More importantly, it has been preliminarily found that the mechanical behavior of these TiNb/NiTi composites with different structural stability is closely related to their martensitic transformation. It is of academic importance to clarify the relative scientific issues, and of engineering significance to develop novel shape memory materials for biomedical applications. Based on our preliminary research work, this project aims to fabricate different structural stability TiNb/NiTi composites by adjusting composition and metallurgical process, and to investigate the relationship between martensitic transformation and mechanical behavior. Meanwhile, the related origin of high σSIM and large recoverable strain in high structural stability TiNb/NiTi composite will be revealed and the physical origin of narrow stress hysteresis and large linear superelasticity in low structural stability TiNb/NiTi composite will be discovered. On this basis, the relationship between martensitic transformation and mechanical behavior in different structural stability TiNb/NiTi composites will be clarified. It is expected to obtain high-quality academic achievement by the success of this project.

目前的形状记忆合金难以同时满足生物医用领域对其无细胞毒性、高的应力诱发马氏体相变临界应力(σSIM)及大的可恢复应变量的综合要求。最近,我们通过冶金复合首次制备出兼具上述综合性能的TiNb包覆NiTi(TiNb/NiTi)形状记忆复合材料。并初步发现,不同稳定性TiNb/NiTi的马氏体相变与其力学行为密切相关。阐明与此相关的科学问题具有重要学术价值,对研发具有重要应用前景的新型生物医用形状记忆材料具有重要指导意义。本项目拟在前期探索研究的基础上,通过调控成分及冶金工艺,制备不同稳定性的TiNb/NiTi复合材料,并通过对其马氏体相变与力学行为的深入研究,搞清高稳定性TiNb/NiTi实现高σSIM及大可恢复应变量的相关机理,揭示低稳定性TiNb/NiTi兼具窄应力滞后及大线性超弹的物理机制,阐明TiNb/NiTi中母相稳定性-马氏体相变-力学行为之间的内在相关性,可望获得高水平学术成果。

项目摘要

目前,无论单一的NiTi合金还是β钛合金均难以同时满足生物医用领域对形状记忆材料在细胞毒性及力学行为方面的综合要求。在本项研究中,我们通过冶金复合工艺制备出一系列兼具优良生物相容性和力学行为匹配的TiNb包覆NiTi(以下简记为TiNb/NiTi)形状记忆复合材料。研究表明,不同稳定性的TiNb/NiTi形状记忆复合材料的力学行为与两类应力诱发马氏体相变(即β↔α″和B2↔B19′相变)高度相关。其中,高稳定性Ti72.8Nb27.2/Ni50.9Ti49.1形状记忆材料较大的可恢复应变量主要源于两类应力诱发马氏体相变(即均匀的β↔α″和局部化的B2↔B19′)产生的相变应变及其自身固有的弹性变形,而高的应力诱发马氏体相变临界应力(σSIM)则主要归因于其内层的Ni50.9Ti49.1组元。低稳定性的Ti72.8Nb27.2/Ni50.3Ti49.7形状记忆材料经预变形处理后能够兼具大的线性超弹及窄的应力滞后。进一步的研究表明,Ti72.8Nb27.2/Ni50.3Ti49.7材料的线性超弹主要归因于其固有的弹性变形(包括β,α″,B2及B19′相的弹性伸长与恢复),两类均匀(即非局部化)且完全可逆的β↔α″和B2↔B19′应力诱发马氏体相变,以及B19′马氏体板条中细小的(001)复合孪晶的共同作用。由于位错和晶界等微观结构因素对马氏体相变的阻碍作用,这两类(即β↔α″和B2↔B19′)可逆的应力诱发马氏体相变能够均匀地发生在整个拉伸加载-卸载过程中,导致Ti72.8Nb27.2/Ni50.3Ti49.7形状记忆材料呈现线性超弹(而非具有“应力平台”特征)变形。同时,这两类相变在加载-卸载过程中能够通过应力诱发结构转变时产生的相变应变赋予Ti72.8Nb27.2/Ni50.3Ti49.7材料大的可恢复应变量。此外,由于Ti72.8Nb27.2/Ni50.3Ti49.7形状记忆材料中细小的微观组织(如细小的晶粒尺寸及纳米孪晶结构等)对马氏体相变尺度的限制,导致β↔α″和B2↔B19′两类应力诱发马氏体相变均仅能发生在微小的区域内(即相变尺度较小),有助于Ti72.8Nb27.2/Ni50.3Ti49.7形状记忆材料在加载-卸载过程中实现窄的应力滞后。相关研究成果有助于为涉及多类型马氏体相变的新型形状记忆复合材料的设计与研发提供理论指导。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
3

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
4

农超对接模式中利益分配问题研究

农超对接模式中利益分配问题研究

DOI:10.16517/j.cnki.cn12-1034/f.2015.03.030
发表时间:2015
5

敏感性水利工程社会稳定风险演化SD模型

敏感性水利工程社会稳定风险演化SD模型

DOI:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2021.04.003
发表时间:2021

郭顺的其他基金

批准号:41102034
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41672059
批准年份:2016
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:81603626
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51401088
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41372079
批准年份:2013
资助金额:82.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

NiTi基形状记忆合金马氏体屈服行为与相变温度的相关性研究

批准号:50971009
批准年份:2009
负责人:赵新青
学科分类:E0110
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
2

NiTi形状记忆合金的激光熔化成形及其相变行为研究

批准号:50905068
批准年份:2009
负责人:王泽敏
学科分类:E0508
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
3

形状记忆合金界面运动的内耗研究与马氏体相变

批准号:59331023
批准年份:1993
负责人:王业宁
学科分类:E0110
资助金额:9.50
项目类别:重点项目
4

FCC-HCP马氏体相变及其形状记忆效应

批准号:59671023
批准年份:1996
负责人:徐祖耀
学科分类:E0110
资助金额:13.00
项目类别:面上项目