鈦基金屬間化合物作為高溫形狀記憶合金的研究動(dòng)向

最近在美國航空航天局(NASA)展示了有可能用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)部件的高溫形狀記憶合金，由此引發(fā)了對(duì)各種高溫形狀記憶合金的研究。其中有研究探討了相變溫度約為300℃的Ti-NiPt合金用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)可變吸氣口及減少噪聲的排氣裝置上的可能性。此外還有相變溫度為250℃的TiNiPdPt合金和相變溫度為180℃附近的TiNiHf合金等的應(yīng)用研究。這些研究均還處于試驗(yàn)階段，但表明相變溫度在300℃以下的形狀記憶合金有可能獲得應(yīng)用。

為了提高TiNi合金的相變溫度，進(jìn)行了添加Hf、Zr等高熔點(diǎn)金屬元素及Pt、Pd、Ir、Ru等鉑族金屬元素的試驗(yàn)研究。添加Hf和Zr可使TiNi合金的相變溫度分別提高至400℃和250℃。TiNi合金添加Pd元素，在247℃可完全回復(fù)，但Pd元素添加量超過30%(原子分?jǐn)?shù))，則回復(fù)率急劇下降。還進(jìn)行了對(duì) TiNi合金的多元素添加試驗(yàn)研究。如Ti-15Ni-25Pd合金中添加10%的Cu(原子分?jǐn)?shù))，其Af為180℃，在600 MPa應(yīng)力下的溫度循環(huán)試驗(yàn)表明可達(dá)完全的回復(fù)。Ti-24.5Ni-25Pd中添加0.5%的Sc(原子分?jǐn)?shù))，其Af為207℃，在100 MPa應(yīng)力下的溫度循環(huán)試驗(yàn)表明可完全回復(fù)。還研究了Ti-49.5Ni-15Hf合金中添加15%的Nb(原子分?jǐn)?shù))，其在500 MPa應(yīng)力下的溫度循環(huán)試驗(yàn)表明可完全回復(fù)，可用于相變溫度為230℃附件的記憶合金。

TiPd、TiPt合金的相變溫度分別為570℃和1 000℃，而且它們的熔點(diǎn)高于TiNi合金，這有利于抑制高溫?cái)U(kuò)散。另外，TiPd合金中Pd的成分范圍為47% ～53%(原子分?jǐn)?shù))，TiPt合金中Pt的成分范圍為46% ～53%(原子分?jǐn)?shù))，均比TiNi要寬，有利于B19相在室溫下的穩(wěn)定性。以TiPd、TiPt合金為基進(jìn)行了添加第三元素Ir、Ru以及Zr的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，添加Zr可大大提高合金的形狀回復(fù)率，如Ti-50Pd-5Zr合金在380℃下可獲得100%的回復(fù)率。

歸納現(xiàn)已發(fā)表的高溫形狀記憶合金的形狀記憶回復(fù)率，可以看出，TiAu合金具有與TiPd合金同等的相變溫度，在500℃的壓縮試驗(yàn)變形后可回復(fù)80%，有可能作為高溫形狀記憶合金。與TiPt合金具有同等相變溫度的還有RuTa、RuNb合金，其形狀回復(fù)率試驗(yàn)值波動(dòng)大，可能與試驗(yàn)方法有關(guān)，尚需進(jìn)一步研究。由此可見，相變溫度在300℃以上的高溫形狀記憶合金的候選合金有若干種。到目前為止，形狀記憶合金可完全回復(fù)的溫度最高為500℃，高于該溫度的完全回復(fù)合金尚未發(fā)現(xiàn)。另外在高溫下，形狀記憶合金容易發(fā)生高溫蠕變，因此要進(jìn)一步研究其循環(huán)特性。形狀記憶合金要在高溫下具有穩(wěn)定的形狀回復(fù)循環(huán)性能，就有必要提高其高溫強(qiáng)度及蠕變性能，而這又會(huì)引起加工性能的下降。因此，高溫形狀記憶合金的開發(fā)還有重要的一點(diǎn)是必須開發(fā)與TiNi合金不同的加工工藝。

10.13567/j.cnki.issn1009-9964.2014.02.016

吳全興摘譯自《チタン》