形状记忆合金的微尺度力学行为

IMECH-IR > 力学所知识产出(1956-2008)

	形状记忆合金的微尺度力学行为
	刘澂
导师	赵亚溥 ; 孙庆平
	2003
学位授予单位	中国科学院力学研究所
学位授予地点	北京
学位类别	博士后
学位专业	固体力学
关键词	纳米硬度压痕恢复马氏体相变位错形状记忆合金微电子机械系统
摘要	与常规合金相比，形状记忆合金具有形状记忆效应（S ME）和超弹性（SE）等特性。利用这些特性，形状记忆合金被广泛地应用在MEMS中，微机器人领域及医疗器械等方面。为了充分发挥材料性能和优化设计以形状记忆合金为材料制成的MEMS器件及医疗器械，十分需要深入地研究并掌握形状记忆合金微尺度下的相变过程及变形行为。形状记忆合金的形状记忆效应和超弹性等特性都与马氏体相变有着十分密切的关系。本文对CuAINi单晶形状记忆合金中温度变化形成的热变马氏体和应力诱发的形变马氏体进行了观察并研究了其室温下和升温过程中的微尺度力学行为。同时还研究了NITi纳米多晶形状记忆合金体材料和NITi形状记忆合金薄膜室温下压痕尺寸效应。研究内容包括以下几个方面：1）自行设计出能够配合纳米硬度仪、AFM及光学显微镜使用的微型拉伸装置，实现应力诱发马氏体相变的观测及研究；2）使用光学显微镜和AFM对热变马氏体和形变马氏体进行观察，并用摄像机记录了光学显微镜下观察到的应力诱发马氏体相变的全过程；3）使用带有加热台的纳米压痕仪研究了室温下及高温下形状记忆合金独特的纳米压痕行为，包括室温下形状记忆合金的纳米压痕尺寸效应及微分硬度分布情况和升温后形状记忆合金在不同温度下纳米压痕的恢复情况及纳米硬度随温度的变化情况。本研究工作得到的结果如下：1）CuAINi单晶形状记忆合金压痕实验中，由于压头尖端的应力水平很高，不仅会在奥氏体中产生应力诱发马氏体相变，在马氏体中产生应力诱发马氏体重取向，而且在奥氏体和马氏体中还会产生位错引起的塑性变形。位错将对压痕形状的恢复起阻碍作用，当温度高于Af点时，奥氏体和马氏体中的压痕仍不能完全恢复。2）当所施加的压痕载荷较小（≤1000ON）时，CuAINi单晶形状记忆合金中的非弹性变形以相变引起的变形为主，并将对高温下材料的变形产生主要的影响。100℃时奥氏体中压痕在深度方向上的恢复率（60）在0.7～0.8之间，马氏体中孙大约为0.9；纳米硬度随温度升高而明显增加。3）CuAINi单晶形状记忆合金中奥氏体和马氏体中均存在压痕尺寸效应，随压头压入深度减小，纳米硬度均升高。NITi纳米多晶形状记忆合金体材料和NITi形状记忆合金薄膜中也存在压痕尺寸效应。4）CuAINi单晶形状记忆合金中奥氏体的加载曲线的斜率大于马氏体的加载曲线的斜率，而奥氏体和马氏体的卸载曲线则几乎平行。使用尖锐的棱锥压头，用纳米压痕法不能得到纯粹的奥氏体的纳米硬度和模量。
索取号	30034
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/23400
专题	力学所知识产出(1956-2008)
推荐引用方式 GB/T 7714	刘澂. 形状记忆合金的微尺度力学行为[D]. 北京. 中国科学院力学研究所,2003.

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