多孔NiTi形状记忆合金的制备及性能.pdf

材料工程／２０１１年３期多孔ＮｉＴｉ形状记忆合金的制备及性能ＰｒｏｐｅｒｔｙａｎｄＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＰｏｒｏｕｓＮｉＴｉＳｈａｐｅＭｅｍｏｒｙＡｌｌｏｙ马旭梁。，李莉，朱成武，王香，郑玉峰（１哈尔滨工程大学生物医学材料与工程研究中心，哈尔滨１５０００１；２哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，哈尔滨１５００８Ｏ）———ＭＡＸｕｌｉａｎｇ，ＬＩＬｉ，ＺＨＵＣｈｅｎｇｗｕ，ＷＡＮＧＸｉａｎｇ，ＺＨＥＮＧＹｕｆｅｎｇ（１ＣｅｎｔｅｒｆｏｒＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ；２ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００８Ｏ，Ｃｈｉｎａ）摘要：采用球磨后的ＮｉＴｉ合金粉末为原料，添加尿素作为造孔剂，利用粉末烧结法制备多孔ＮｉＴｉ形状记忆合金。研究烧结温度、保温时间和预成型压力等条件对制备的多孔ＮｉＴｉ合金组织结构和力学性能的影响。结果表明：相对于传统的Ｎｉ粉和Ｔｉ粉近等原子比混合烧结方法，此方法制备的多孔ＮｉＴｉ合金的相组成更加纯净。且随烧结温度升高，多孔ＮｉＴｉ合金的孔隙尺寸逐渐增大，孑Ｌ隙分布趋于均匀，抗压强度增加。随保温时间的延长，孔径减小，液化现象明显，强度增加。在预成型压力的变化过程中存在最优值，选取最优值可获得组织特性较好的多孔合金制品。并最终确定在添加℃７Ｏ造孔剂时，预成型压力为１５０ＭＰａ，１０５０保温５ｈ条件下可制备出性能优异的多孔ＮｉＴｉ合金。关键词：多孔ＮｉＴｉ形状记忆合金；粉末冶金；组织结构；力学性能中图分类号：ＴＧ１３９文献标识码：Ａ———文章编号：１００１４３８１（２Ｏ１１）０３０００６０５Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰｏｒｏｕｓＮｉＴｉｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙ（ＮｉＴｉＳＭＡ）Ｗ３Ｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙｐｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｌｕｒｇｙｔｅｃｈｎｏｌ—ｏｇｙｕｓｉｎｇｂａｌｌｍｉｌｌｅｄＮｉＴｉｐｏｗｄｅｒａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌａｎｄａｄｄｉｎｇｕｒｅａａｓａｐｏｒｅｆｏｒｍｉｎｇａｇｅｎｔ．Ｔｈｅ——ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｉｎｔｅｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｏｌｄｉｎｇｔｉｍｅａｎｄｐｒｅｆｏｒｍｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｐｒｅｐａｒｅｄｐｏｒｏｕｓＮｉＴｉＳＭＡｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｉｎｔｅｒｉｎｇｏｆｍｉｘｔｕｒｅｐｏｗｄｅｒｏｆＮｉａｎｄＴｉ，ｔｈｅｐｈａｓｅｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓｏｆｔｈｅｐｏｒｏｕｓＮｉＴｉａｌｌｏｙｍａｄｅｂｙｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｍｏｒｅｐｕｒｅ．Ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｔｈｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ—ｐｏｒｅｓｉｚｅｏｆｐｏｒｏｕｓＮｉＴｉａｌｌｏｙｇｒａｄｕａｌｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｐｏｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｅｎｄｓｔｏｂｅｕｎｉｆｏｒｍ，ａｎｄｃｏｒｎ—ｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｗｉｔｈｔｈｅｅｘｔｅｎｄｅｄｈｏｌｄｉｎｇｔｉｍｅ，ｐｏｒｅｓｉｚｅｉｓｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅｐｈｅｎｏｍｅ——ｎｏｎｏｆｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎｉｓｏｂｖｉｏｕｓａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅｉｓａｎｏｐｔｉｍａｌｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｐｒｅｆｏｒｍ—ｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｐｏｒｏｕｓＮｉＴｉａｌｌｏｙｐｒｏｄｕｃｔｓｃａｎｂｅｗｅｌｌｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｒｅｆｏｒｍｉｎｇ——ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ａｎｄｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｄｄｉｎｇ７０ｐｏｒｅｆｏｒｍｉｎｇａｇｅｎｔ，ｐｒｅｆｏｒｍｉｎｇｕｎｄｅｒｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆ１５０ＭＰａ，ａｎｄｈｏｌｄｉｎｇａｔ１０５０￣Ｃｆｏｒ５ｈｗｅｒｅｕｌｔｉｍａｔｅｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ｔｈｅｐｏｒｏｕｓＮｉＴｉａｌｌｏｙｆａｂｒｉｃａｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｈａｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｏｕｓＮｉＴｉｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙ；ｐｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙＮｉＴｉ形状记忆合金由于具有特殊的形状记忆效应、超弹性和良好的生物相容性在生物材料领域有很好的应用前景口］。多孔ＮｉＴｉ合金独特的孔隙结构可保证新骨组织的长人和体液的传输，使植入物与人体骨组织的结合更加牢固可靠，有望用于硬组织替代“材料和外科植入材料＿３］。多孔ＮｉＴｉ合金的制备方法有多种，主要有燃烧合成法、元素粉末混合烧结法、“预合金粉末烧结法和热等静压法等［５］。几种制备方法中都是首先将Ｎｉ，Ｔｉ元素混合粉末高能球磨，然后经过一定的处理最终获得多孔形状记忆合金。但在球磨过程中容易使粉末氧化和吸附杂质，并易受到球磨罐和磨球的污染，导致一些杂质相的存在，使得形状记忆效应和超弹性受到影响，形状回复率下降。自蔓延高温合成工艺简单，易于生成大孔隙形状合金，引起了越来越多的重视＿７］。李丙运等＿８采用自蔓延高温合成方法制备出的多孔ＮｉＴｉ形状记忆合金，展现出各向异性的孔隙分布，且孔隙率和孔隙尺寸分别在６Ｏ～６３．９和３２Ｏ～５１０／ａｍ之间。但这种工艺的反应过程