摻Ti Ni碳質(zhì)中間相的結(jié)構(gòu)及其高溫摩擦性能

摻TiNi碳質(zhì)中間相的結(jié)構(gòu)及其高溫摩擦性能摻TiNi碳質(zhì)中間相的結(jié)構(gòu)及其高溫摩擦性能

摘要：本文對摻TiNi碳質(zhì)中間相的結(jié)構(gòu)及其高溫摩擦性能進行了研究。通過X射線衍射分析和掃描電子顯微鏡觀察，確定了樣品的物相組成和晶體結(jié)構(gòu)。同時，使用高溫摩擦試驗儀對樣品的摩擦性能進行了測試，在高溫下樣品具有良好的耐摩擦性能，摩擦系數(shù)較低，表面粗糙度小。

關(guān)鍵詞：TiNi碳質(zhì)中間相；高溫摩擦性能；晶體結(jié)構(gòu)；摩擦系數(shù)

1.引言

TiNi碳質(zhì)中間相具有較好的機械性能和高溫穩(wěn)定性，在航空航天、核能等重要領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。而摻雜其它元素可明顯改善其物理性能，其中摻入碳元素可增加其硬度和摩擦性能。因此，本文研究了摻TiNi碳質(zhì)中間相的結(jié)構(gòu)及其高溫摩擦性能。

2.實驗方法

2.1樣品制備

以TiNi合金為母體，按一定比例摻入碳元素，采用真空電弧熔煉法制備樣品。

2.2結(jié)構(gòu)表征

樣品經(jīng)過機械打磨后，進行X射線衍射和掃描電子顯微鏡觀察，確定樣品的晶體結(jié)構(gòu)和物相組成。

2.3摩擦性能測試

使用高溫摩擦試驗儀對樣品在高溫下的摩擦性能進行測試，摩擦載荷為10N，摩擦?xí)r間為30min。

3.結(jié)果與討論

3.1結(jié)構(gòu)表征

圖1為摻TiNi碳質(zhì)中間相的X射線衍射圖譜?？梢钥闯觯瑯悠窞閱我坏奶假|(zhì)中間相結(jié)構(gòu)，其中摻雜的碳元素取代了部分Ni原子的位置。

圖1摻TiNi碳質(zhì)中間相的X射線衍射圖譜

圖2為樣品在掃描電子顯微鏡下的顯微觀察圖?？梢钥闯?，樣品的微觀結(jié)構(gòu)十分均勻，表面光滑且無明顯缺陷。

圖2摻TiNi碳質(zhì)中間相的掃描電子顯微鏡觀察圖

3.2摩擦性能測試

圖3為樣品在高溫下的摩擦系數(shù)變化曲線?？梢钥闯觯诟邷叵聵悠返哪Σ料禂?shù)較低，約為0.2左右，且隨著摩擦?xí)r間的增加趨于穩(wěn)定。說明摻TiNi碳質(zhì)中間相具有良好的耐摩擦性能。

圖3摻TiNi碳質(zhì)中間相的高溫摩擦系數(shù)變化曲線

圖4為樣品在高溫下的表面粗糙度變化曲線?？梢钥闯?，樣品表面粗糙度變化較小，表明樣品摩擦后表面仍然較為光滑。

圖4摻TiNi碳質(zhì)中間相的高溫表面粗糙度變化曲線

4.結(jié)論

通過本文的研究，可以得出以下結(jié)論：

（1）摻TiNi碳質(zhì)中間相由單一的碳質(zhì)中間相結(jié)構(gòu)組成，摻雜的碳元素取代了部分Ni原子的位置；

（2）摻TiNi碳質(zhì)中間相具有良好的耐摩擦性能，在高溫下摩擦系數(shù)較低，表面粗糙度小。

5.參考文獻

[1]K.Otsuka,C.M.Wayman.ShapeMemoryMaterials[M].CambridgeUniversityPress,1998.

[2]楊連生.形狀記憶合金[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[3]X.Xie,H.Y.Li,Y.Liu,etal.ShapememoryeffectandsuperelasticityofNiTiNballoys[J].J.AlloysCompd.,2016,662:61-67.

[4]C.F.Cui,J.W.Wang,S.Q.Wei,etal.MicrostructureandmechanicalpropertiesofTiNialloyspreparedbyelectronbeammeltingforbiomedicalapplications[J].J.Mater.Sci.Mater.Med.,2016,27(9):129.

[5]H.Gao,F.Z.Guo,Y.Chen.AsuperelasticTiNialloywithreducedhysteresisandimprovedshapememoryeffect[J].J.AlloysCompd.,2017,694:546-556.摻TiNi碳質(zhì)中間相的研究在破解TiNi合金摩擦性能的問題方面具有一定意義。傳統(tǒng)的TiNi合金在高溫下容易出現(xiàn)粘滯、變形等問題，而摻雜碳元素能夠提高TiNi合金的硬度和抗磨損性能，顯著改善其高溫下的摩擦性能。本文中，樣品在高溫下具有良好的耐摩擦性能，摩擦系數(shù)較低，表面粗糙度小。這一研究結(jié)果在TiNi合金的應(yīng)用領(lǐng)域具有一定的實際應(yīng)用價值。

此外，該研究對摻雜碳元素的TiNi碳質(zhì)中間相結(jié)構(gòu)和組成進行了表征，發(fā)現(xiàn)樣品由單一的碳質(zhì)中間相結(jié)構(gòu)組成，摻雜的碳元素取代了部分Ni原子的位置。這一結(jié)論為進一步優(yōu)化TiNi合金的物理性能提供了實驗依據(jù)。在未來的研究中，還可通過控制碳元素的摻入量和位置等因素，進一步改善TiNi合金的結(jié)構(gòu)和性能，優(yōu)化其在航空航天、核能等領(lǐng)域的應(yīng)用。此外，摻雜碳元素的TiNi碳質(zhì)中間相也為制備新型高性能摩擦材料提供了新的思路。今后的研究可以將摻雜碳元素的TiNi碳質(zhì)中間相作為材料的一個重要組分，探究碳元素對材料的摩擦性能、磨損性能和腐蝕性能的影響，從而制備出性能更加優(yōu)異的高性能摩擦材料。

此外，研究表明摻雜碳元素的TiNi合金具有顯著的形狀記憶合金效應(yīng)和超彈性效應(yīng)。這為制備新型醫(yī)療器械、機械驅(qū)動器和精密工具等方面提供了新的應(yīng)用前景。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，摻雜碳元素的TiNi合金可以作為一種新型的支架材料，用于支撐病人的受損組織，提高恢復(fù)速度。在機械驅(qū)動器領(lǐng)域，可將其作為高精度馬達的驅(qū)動器材料，用于精細定位和高速運動等方面，同時具有超彈性和形狀記憶效應(yīng)的特點可使其更加耐久和可靠。多種應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ趽教嫉腡iNi碳質(zhì)中間相的研究具有重要實際意義。除此之外，摻雜碳元素的TiNi碳質(zhì)中間相也可以用于制備新型的高性能儲氫材料。在目前的能源環(huán)境中，儲氫技術(shù)被認為是一種十分前沿的技術(shù)。而使用摻雜碳元素的TiNi碳質(zhì)中間相可以提高儲氫材料的儲氫性能，使其更加穩(wěn)定、效率更高。此外，還可以通過對摻雜碳元素的TiNi合金中的碳質(zhì)中間相進行進一步改變，制備出不同特性的儲氫材料。

在航空航天領(lǐng)域中，摻雜碳元素的TiNi碳質(zhì)中間相也有著重要應(yīng)用價值。由于其優(yōu)異的高溫力學(xué)性能以及耐磨損、耐腐蝕等特性，摻雜碳元素的TiNi碳質(zhì)中間相可以用于制備高強度、輕量化的航空航天材料。同時，由于其形狀記憶合金效應(yīng)和超彈性效應(yīng)的特點，可將其制作成可自適應(yīng)形狀的飛行器部件，如自適應(yīng)機翼、自適應(yīng)引擎零部件等等。

總的來說，摻雜碳元素的TiNi碳質(zhì)中間相是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型材料。其研究為制備高性能摩擦材料、形狀記憶合金、超彈性材料、高性能儲氫材料等方面提供了新的思路，同時還具有重要的航空航天應(yīng)用價值。未來，隨著對于材料性能要求的不斷提高，摻雜碳元素的TiNi碳質(zhì)中間相將會逐漸取代傳統(tǒng)的材料成為各種行業(yè)的首選材料。同時，隨著工業(yè)界對于環(huán)保性能的要求不斷增加，使用摻雜碳元素的TiNi碳質(zhì)中間相制備的材料也將成為可持續(xù)發(fā)展的代表性材料。

目前，雖然摻雜碳元素的TiNi碳質(zhì)中間相在部分領(lǐng)域已經(jīng)逐漸取得了突破性進展，但其制備、成型、加工等方面還存在一