宽相变温区高阻尼TiNi基合金多层膜研究

提出利用TiNi基合金相变过程中阻尼性能优异的特点，制备TiNi基合金多层膜结构以实现宽相变温区与高阻尼的目的。本项目拟首先利用经典层合理论分析与磁控溅射实验相结合的方法，设计并制备TiNi基合金多层膜结构，查明制备工艺参数与马氏体相变、阻尼性能之间的关系，优化合金多层膜结构设计。在此基础上，重点考察膜层界面结构与马氏体孪晶界面结构，建立膜层间约束与马氏体孪晶界面可动性之间的内在联系，系统研究马氏体相变行为与阻尼性能及其影响因素，建立多层膜结构设计-微观组织结构特征-马氏体相变及阻尼特性之间的内在联系，最终确定宽相变温区高阻尼TiNi基合金多层膜结构的设计准则，获得兼具宽相变温区与高阻尼的TiNi基合金多层膜，为拓宽TiNi基合金薄膜的应用提供研究思路与理论参考。

项目采用数值计算的方法分析了TiNi基合金多层膜的阻尼特性，建立了相应的计算模型。根据机械振动理论，计算了多层膜的阻尼损耗因子，阐明了单层膜厚度对多层膜阻尼性能的影响规律，确定了具有较高阻尼性能的多层膜结构。在此基础上，利用磁控溅射工艺制备了具有宽相变温区的TiNi基合金多层膜。采用等通道角挤压与梯度退火处理相结合的方式制备出具有较大尺寸和宽相变温区的TiNi合金，其显微组织沿长度方向呈梯度分布；建立了退火处理与合金显微组织、相变行为之间的关系，揭示了等通道角挤压与退火处理对马氏体相变行为的影响机理。利用电镀工艺在均质TiNi合金表面沉积了一层金属Ni镀层，然后利用高温扩散退火工艺获得了成分沿合金厚度方向呈梯度分布的材料。利用菲克第二扩散定律与能谱分析相结合的方式分析了Ni元素在TiNi合金基体中的扩散规律，建立了扩散退火工艺与成分分布的关系；系统研究了成分梯度TiNi合金的马氏体相变行为，建立了扩散退火工艺、热循环与相变行为之间的内在联系，揭示了扩散退火对成分梯度TiNi合金马氏体相变行为影响的内在机制。系统研究了成分梯度TiNi合金的阻尼特性以及测试频率、应变振幅和扩散退火工艺对阻尼特性的影响规律；确定了宽相变温区高阻尼TiNi合金的优化工艺，获得了兼具宽相变区间与高阻尼的成分梯度TiNi合金。. 项目执行期间，共在Scripta Materialia、Materials Science and Engineering A等期刊发表SCI收录论文6篇，申请国家发明专利4项，培养硕士研究生4人。