钛基金属间化合物作为高温形状记忆合金的研究动向

钛基金属间化合物作为高温形状记忆合金的研究动向

最近在美国航空航天局(NASA)展示了有可能用于喷气发动机部件的高温形状记忆合金，由此引发了对各种高温形状记忆合金的研究。其中有研究探讨了相变温度约为300℃的Ti-NiPt合金用于喷气发动机可变吸气口及减少噪声的排气装置上的可能性。此外还有相变温度为250℃的TiNiPdPt合金和相变温度为180℃附近的TiNiHf合金等的应用研究。这些研究均还处于试验阶段，但表明相变温度在300℃以下的形状记忆合金有可能获得应用。

为了提高TiNi合金的相变温度，进行了添加Hf、Zr等高熔点金属元素及Pt、Pd、Ir、Ru等铂族金属元素的试验研究。添加Hf和Zr可使TiNi合金的相变温度分别提高至400℃和250℃。TiNi合金添加Pd元素，在247℃可完全回复，但Pd元素添加量超过30%(原子分数)，则回复率急剧下降。还进行了对 TiNi合金的多元素添加试验研究。如Ti-15Ni-25Pd合金中添加10%的Cu(原子分数)，其Af为180℃，在600 MPa应力下的温度循环试验表明可达完全的回复。Ti-24.5Ni-25Pd中添加0.5%的Sc(原子分数)，其Af为207℃，在100 MPa应力下的温度循环试验表明可完全回复。还研究了Ti-49.5Ni-15Hf合金中添加15%的Nb(原子分数)，其在500 MPa应力下的温度循环试验表明可完全回复，可用于相变温度为230℃附件的记忆合金。

TiPd、TiPt合金的相变温度分别为570℃和1 000℃，而且它们的熔点高于TiNi合金，这有利于抑制高温扩散。另外，TiPd合金中Pd的成分范围为47% ～53%(原子分数)，TiPt合金中Pt的成分范围为46% ～53%(原子分数)，均比TiNi要宽，有利于B19相在室温下的稳定性。以TiPd、TiPt合金为基进行了添加第三元素Ir、Ru以及Zr的试验研究。结果表明，添加Zr可大大提高合金的形状回复率，如Ti-50Pd-5Zr合金在380℃下可获得100%的回复率。

归纳现已发表的高温形状记忆合金的形状记忆回复率，可以看出，TiAu合金具有与TiPd合金同等的相变温度，在500℃的压缩试验变形后可回复80%，有可能作为高温形状记忆合金。与TiPt合金具有同等相变温度的还有RuTa、RuNb合金，其形状回复率试验值波动大，可能与试验方法有关，尚需进一步研究。由此可见，相变温度在300℃以上的高温形状记忆合金的候选合金有若干种。到目前为止，形状记忆合金可完全回复的温度最高为500℃，高于该温度的完全回复合金尚未发现。另外在高温下，形状记忆合金容易发生高温蠕变，因此要进一步研究其循环特性。形状记忆合金要在高温下具有稳定的形状回复循环性能，就有必要提高其高温强度及蠕变性能，而这又会引起加工性能的下降。因此，高温形状记忆合金的开发还有重要的一点是必须开发与TiNi合金不同的加工工艺。

10.13567/j.cnki.issn1009-9964.2014.02.016

吴全兴摘译自《チタン》