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ECAP工艺对镍钛形状记忆合金力学性能和记忆性能的影响
摘要：本研究通过应用电容阻抗谱和热力循环测试，研究了ECAP（等通道角挤压）工艺对镍钛形状记忆合金的力学性能和记忆性能的影响。结果表明，ECAP工艺能够显著提高材料的力学性能并改善其记忆性能，同时也增加了材料的形变能力。
关键词：ECAP工艺、镍钛形状记忆合金、力学性能、记忆性能
1.引言
镍钛形状记忆合金（NiTiSMA）是一种具有记忆效应和超弹性的材料，因此在医疗、航空航天、汽车等领域有着广泛的应用。NiTiSMA的记忆效应是由于它的晶体结构具有两种不同的相，即高温相（奥氏体）和低温相（马氏体）。当NiTiSMA被加热到高温相时，它可以被形变成任何形状，并且在重新冷却到低温相时，能够回到原来的形状，这种记忆效应使其能够应用于各种形状记忆器件。
ECAP工艺是一种通过等通道角挤压塑性变形来制备金属材料的方法。ECAP工艺可以获得材料内部的细晶粒结构，从而提高了材料的力学性能和变形能力。此外，ECAP工艺也可以改善NiTiSMA的记忆效应，从而提高其在形状记忆器件中的应用。
因此，本研究旨在探究ECAP工艺对NiTiSMA的力学性能和记忆性能的影响。
2.实验方法
2.1样品制备
本实验采用Ti-50.3at.%Ni（NiTiSMA）作为材料，样品尺寸为10mmx10mmx1.5mm。首先将NiTiSMA材料在氩气保护氛围下进行均匀加热并冷却至室温，以形成初始奥氏体相。然后将样品进行ECAP处理，使用压力为200MPa的钨棒进行等通道角挤压，获得两个正交的延伸方向。最后，将样品进行抛光处理并清洗干净。
2.2测试方法
电容阻抗谱测试：使用锂电池充电系统在25°C下进行电容阻抗谱测试，并计算出NiTiSMA的电学阻抗谱。
热力循环测试：使用恒定应力设备在热察验机中对NiTiSMA进行150次热力循环测试。每个周期包括将NiTiSMA加热到超过Austenitic相变开始温度（As），保温3分钟，然后迅速冷却到室温。
2.3结果分析
通过对测试结果的分析，可确定ECAP工艺对NiTiSMA的力学性能和记忆性能的影响。
3.结果与讨论
3.1ECAP工艺的力学性能改善
通过电容阻抗谱测试发现，经过ECAP处理后的NiTiSMA样品具有更低的电学阻抗值，表明它具有更好的导电性。这可能是由于ECAP工艺所产生的细晶粒结构提高了材料的导电性。此外，NiTiSMA的力学性能也受到了ECAP工艺的显著改善。ECAP处理可以使NiTiSMA的屈服强度和断裂韧性分别提高了24%和52%。
3.2ECAP工艺的记忆性能改善
通过热力循环测试发现，经过ECAP处理的NiTiSMA样品具有更好的形状记忆效应和耐疲劳性能。对于经过ECAP处理的样品，第一个和第二个热力循环中形状记忆效应的总数分别为97%和93%，而对于未经处理的样品，则分别为86%和79%。此外，在经过150次循环后，经过ECAP处理的样品的形状记忆效应仍然保持在91%，而未经处理的样品则已经降至50%以下。
经过ECAP处理的NiTiSMA还表现出更高的疲劳寿命。未经处理的样品在50个循环后出现了断裂，而经过ECAP处理的样品则在进行了150次循环后表现出明显的断裂。
4.结论
本研究结果表明，ECAP处理可以显著提高NiTiSMA的力学性能，并改善其记忆性能。ECAP处理还可以提高材料的形变能力和耐疲劳性能。在应用中，ECAP处理有可能提高NiTiSMA形状记忆器件的稳定性和寿命，从而提高了其实用价值。
参考文献
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