【摘 要】
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NiTi记忆合金具有优异的形状记忆效应和超弹性,是一种应用前景广阔的功能金属材料,但其机加工性能差,传统方法制备的NiTi合金器件结构较为简单。选区激光熔化(SLM)是通过激光逐道扫描,使局部区域粉末熔化凝固,逐层生长为三维零件的技术,可以实现NiTi合金复杂结构制造,但同时也面临很多问题,在制造多尺度结构件时,由于成型尺寸的差异,不同部分经历的热历史不同,从而引起成分、组织与性能的变化,使整个结
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NiTi记忆合金具有优异的形状记忆效应和超弹性,是一种应用前景广阔的功能金属材料,但其机加工性能差,传统方法制备的NiTi合金器件结构较为简单。选区激光熔化(SLM)是通过激光逐道扫描,使局部区域粉末熔化凝固,逐层生长为三维零件的技术,可以实现NiTi合金复杂结构制造,但同时也面临很多问题,在制造多尺度结构件时,由于成型尺寸的差异,不同部分经历的热历史不同,从而引起成分、组织与性能的变化,使整个结构件具有不均匀性。目前尚未有人研究成型尺寸对SLM-NiTi合金的影响,因此本论文对SLM-NiTi合金的成型尺寸效应进行了深入研究,主要研究内容和结论如下:本论文研究了SLM-NiTi合金构件的相变温度、微观组织、力学性能和形状记忆效应与成型尺寸的关系。研究发现:构件的相变温度随着成型尺寸的减小而升高,这是因为小尺寸构件发生了多次重熔,导致Ni原子烧蚀量更多;较大尺寸构件由于处于高温的时间长,会有弥散分布的Ni4Ti3颗粒析出,从而表现出更高的强度和更好的形状记忆效应;小尺寸构件具有更高的孔隙率和表面粗糙度,容易在局部位置发生应力集中,导致构件发生脆性断裂,无法表现出高强度。由于工艺参数可以改变不同尺寸NiTi合金构件经历的热历史,本论文研究了工艺参数对SLM-NiTi合金成型尺寸效应的影响。研究发现:较慢的激光扫描速度由于具有更高的能量密度,使基体中多余的Ni原子被完全烧蚀掉,因此不同尺寸构件的相变温度保持一致,构件在变形过程中发生马氏体去挛晶,其塑性随着成型尺寸的减小而变差;较快的激光扫描速度制备的不同尺寸构件的Ni原子含量不同,因此其相变温度具有尺寸效应,构件在变形过程中发生应力诱发马氏体相变,不同尺寸构件均表现出较差的塑性。通过探索热处理温度对不同尺寸NiTi合金构件的影响,发现500℃以下的热处理温度对SLM-NiTi合金的影响较小,经过500℃时效处理10 min后,不同尺寸构件的相变温度趋于一致,并且构件的强度得到了提高,这与时效处理析出的Ni4Ti3颗粒有关,Ni4Ti3颗粒不仅可以改变基体中的Ni原子含量,而且可以阻碍位错的滑移,提高构件的强度。
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