含铜TiNi基形状记忆合金的组织与性能研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文含铜ＴｉＮｉ基形状记忆合金的组织与性能研究硕士研究生：赵婧琦指导教师：周惠敏讲师学科、专业：材料科学与工程论文主审人：佟运祥教授哈尔滨工程大学２０１８月３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文含铜TiNi基形状记忆合金的组织与性能研究硕士研究生：赵婧琦指导教师：周惠敏讲师学位级别：工学硕士学科、专业：材料科学与工程所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADisserta

2、tionfortheDegreeofM.EngMicrostructureandPropertiesofCu-bearingTiNi-basedShapeMemoryAlloysCandidate:ZhaoJingqiSupervisor:LecturerZhouHuiminAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MaterialScienceandEngineeringDateofSubmission:Dec,2017DateofOralExamination:Mar,2018University:HarbinEn

3、gineeringUniversity含铜TiNi基形状记忆合金的组织与性能研究摘要本文在生物医用TiNi合金的基础上，添加Cu元素部分取代Ni，制备了TiNiCu合金，研究了Cu含量和热机械处理工艺对TiNiCu合金组织与性能的影响，优化了合金成分和热机械处理工艺。同时，为了进一步提高合金的抗菌性能，本文在提高合金中Cu元素含量的同时添加了Nb元素来改善加工性能，系统研究了热机械处理TiNiCu合金和TiNiCuNb合金在模拟口腔环境下的弯曲性能、耐磨性、耐腐蚀性、离子溶出行为和抗菌性能，为研发新型兼具超弹性和抗菌功能的正畸弓丝材料提供了新的选择和实验参考。显微组织、相组成、相变行

4、为和拉伸力学性能测试结果表明，室温下原始态TiNiCu合金主要由奥氏体和Ti2(NiCu)相组成，其中Ti2(NiCu)相沿轧制方向分布，且随合金中Cu元素含量的增加，合金的晶粒尺寸变大。原始态TiNiCu合金在加热和冷却过程中均发生一步相变，Cu元素的添加提高了合金的相变温度。对原始态TiNiCu合金进行退火和时效处理后，合金室温下的组织主要由奥氏体和Ti2(NiCu)组成。退火态和时效态合金在37℃下均表现出不完全的超弹性，且随着Cu含量的升高，合金的残余应变减小，超弹性提高。TiNiCu合金的超弹性随退火时间的延长而下降，随时效时间的延长而略有提高。经优化，TiNi7Cu合金经

5、30%冷轧后再分别进行450℃退火30min和400℃时效60min的热机械处理，由于母相的强化，可以在37℃下表现出良好的超弹性，残余应变约为0.2-0.4%。另外，TiNiCuNb合金室温下由奥氏体、马氏体、Ti2(NiCu)和β-Nb相共同组成，其Af温度为35.7℃，在37℃下表现出优异的超弹性，残余应变为0.4%。与TiNi合金相比，退火态TiNi7Cu合金的显微硬度较高，时效态TiNi7Cu合金和TiNiCuNb合金的显微硬度略低。在干磨擦磨损条件下，退火态TiNi7Cu合金耐磨性最好；在模拟唾液润滑条件下，时效态TiNi7Cu合金耐磨性最好。铜元素的添加提高了镍钛合金在

6、中性、碱性以及过氧化氢和氟离子含量较高的模拟唾液环境下的耐腐蚀性。在模拟唾液中浸泡不同时间后，TiNiCu和TiNiCuNb合金中的Ni离子析出量明显低于TiNi合金中的镍离子析出量，表明Cu元素的添加对合金中镍离子析出有一定的抑制作用；三种合金中铜离子析出量大小顺序为TiNiCuNb>时效态TiNiCu>退火态TiNiCu。三种含铜合金对大肠埃希杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出一定的抑菌性，且抑菌性的大小与铜离子的析出量有关。关键词：TiNiCu合金；TiNiCuNb合金；显微组织；力学性能；抗菌性能含铜TiNi基形状记忆合金的组织与性能研究ABSTRACTInthepresentst

7、udy,TiNiCualloyswerepreparedwiththeadditionofCuintoTiNialloy,whichwasfrequentlyusedintheclinicalpractice.TheinfluenceofcoppercontentandheattreatmentprocessonthestructureandpropertiesofTiNiCualloywasstudiedsystematically,andtheallo