论文部分内容阅读
本论文研究的目标是制备出一种具有双程记忆效应的NiTi合金以作为人体功能失效的自然括约肌的替代材料。以纯镍和纯钛为原料采用真空电弧熔炼和快速凝固技术制备出设定成分的NiTi合金片状试样，然后利用时效处理方法并进行工艺参数优化后成功制备出了一种可以在室温下具有平直形状，而升温后具有较大弯曲变形弧度的双向记忆NiTi合金，适用于作为人工括约肌；制备出的NiTi合金具有相变温度区间小、相变滞后小的特点。采用物相分析（XRD）、扫描电镜（SEM）和热分析（DSC）对NiTi合金的相组成、显微组织和相变行为进行了全面的研究，并表征了不同温度环境下NiTi合金的双程形状记忆效应特性，获得了理想的合金制备工艺。最后将两片经相同制备工艺处理的NiTi合金片通过铰链连接，设计制造出人工括约肌的结构模型，并通过供给直流电的方式研究了NiTi合金结构模型的电热变形特性。研究结果表明，真空吸铸后的NiTi合金表面由细小的等轴晶粒组成，而横截面则呈双柱状晶结构；均匀化处理后合金基体为B2结构NiTi相以及少量的NiTi2和Ni3Ti相；约束时效处理后母相中析出Ni4Ti3相。时效处理工艺中约束时效温度和时间对NiTi合金的相变行为和双程形状记忆效应有显著影响。时效后NiTi合金发生B2→R→B19’两步相变，较低时效温度下(~300℃低温)时效样品具有更小的B2R相变滞后及更佳的双程形状记忆特性。在较低温度和较长时效时间下，不同初始弯曲应变（εt）对NiTi合金的R和B19’相变温度影响不大。在不同的εt值下时效，高温（沸水）-低温（冰水）间的双程可逆应变量（εpi）和高温（沸水）-室温间的双程可逆应变量（εpr）的大小均趋于一个稳定值；其中，εpi在0.95~1.17%范围内其平均值为1.07%，εpr在0.42~0.53%之间其平均值为0.49%。当εt在0.97~1.33%之间时，NiTi合金可以在室温下呈现近平直状态。对NiTi合金片组成的人工括约肌装置通直流电后，合金片在快速升温过程中出现形变提前现象，而在缓慢冷却至室温的过程中其形变与相变温度点一致；升温和降温过程中合金无明显形变滞后。多次通电加热循环进行测试，结果表明人工括约肌装置表现出良好的张开和闭合功能的重复性。