高强度高应力循环稳定的HDH多孔NiTi形状记忆合金

作者：杜昌海; 李东阳^*; 朱本银; 李益民; 罗丰华

来源：工程科学学报, 2023, 45(12): 2059-2069.

DOI：10.13374/j.issn2095-9389.2022.10.10.003

• 粉末冶金
• NiTi合金
• 多孔材料
• 热弹性马氏体相变
• 应力循环稳定性
• 细胞毒性

以氢化脱氢(Hydrogenation dehydrogenation, HDH)钛粉和镍粉为原料制备的多孔NiTi形状记忆合金普遍承载性能与可恢复应变较差.本研究以NaCl为造孔剂，通过在高真空(10-4 Pa)下高温(1250℃)均匀化烧结制备出了高强度、高应力循环稳定的多孔NiTi合金，研究了不同孔隙率下的微观结构、相变行为、力学性能以及细胞毒性.研究发现，随着NaCl添加量的增加，样品的孔隙率和孔径增大，同时氧含量略有增加.在样品中观察到无热处理自发形成的Ni4Ti3沉淀相，沉淀相尺寸随样品氧含量增加而增加.所有样品的马氏体相变均呈现多峰现象，主要归因于非均匀分布的Ni4Ti3沉淀相引发的多步相变效应.孔隙率为14%～37%的多孔NiTi合金的压缩强度为1236～1600 MPa.与其他粉末冶金法制备多孔NiTi合金的抗压强度相比，本研究所获得的合金表现出超高的强度.样品在8%应变压缩加载–卸载后同时表现出超弹性和形状记忆效应，经加热处理后形状恢复率超过99%.在循环压缩实验中，多孔NiTi样品在接近8%应变的高应力下承受了50次循环.样品的残余应变随着周期数的增加而增加.随着孔隙率的增加，循环结束时的最终残余应变为1.4%、1.55%和1.66%.低的残余应变说明多孔NiTi样品在高应力压缩环境中具有较好的稳定性，这归因于Ni4Ti3沉淀相对基体的强化作用.使用MC3T3E1细胞评估了样品的细胞毒性，结果表明多孔NiTi样品具有较低的细胞毒性.

• 单位
  粉末冶金国家重点实验室; 中南大学