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導(dǎo)讀

采用自蔓延高溫合成(SHS)方法，在封閉和開放的氣體流動(dòng)反應(yīng)器中以及氬氣保護(hù)氣氛下逐層燃燒，制備了多孔NiTi合金。封閉反應(yīng)器合成的多孔NiTi合金的最大壓縮應(yīng)變?yōu)?4%，而開放氣流反應(yīng)器合成的最大壓縮應(yīng)變?yōu)?%。X射線衍射、差示掃描量熱法、掃描電鏡、能量色散光譜和光學(xué)顯微鏡分析表明，包晶結(jié)晶兩相區(qū)的反應(yīng)產(chǎn)物在TiNi基體中以孤立的Ti2Ni晶簇的形式存在。在封閉反應(yīng)器中，采用SHS法制備了力學(xué)性能較好的多孔NiTi合金。

通過自蔓延高溫合成(SHS)獲得的NiTi多孔合金作為骨種植材料已在臨床應(yīng)用了30多年，其具有生物化學(xué)和生物力學(xué)相容性，高耐腐蝕性，滲透性和可制造性而被廣泛應(yīng)用。多孔SHS-NiTi合金在結(jié)構(gòu)和性能方面與其他方法制備的合金有很大不同，因此研究NiTi合金的力學(xué)性能非常重要。

影響SHS宏觀動(dòng)力學(xué)和合金性能的方法之一是通過改變合成過程中從流動(dòng)到循環(huán)的反應(yīng)氣體的運(yùn)動(dòng)方向，從而減少逐層燃燒法的熱損失。然而，該方法鮮有被報(bào)道。基于此，俄羅斯托木斯克國立大學(xué)聯(lián)合美國南佛羅里達(dá)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)研究了反應(yīng)氣體熱作用使多孔NiTi合金相組成均勻化和塑性提高的可能性，比較了在開放氣熱流和封閉反應(yīng)器中合成的多孔試樣的相組成以及在開放反應(yīng)器中獲得的試樣在真空中退火后的性能，并形成了有根據(jù)的結(jié)論。相關(guān)研究成果以題為“Plasticity of Porous NiTi Alloys Obtained by Self-propagating High-temperature Synthesis in Closed and Open Gas Flow Reactors”發(fā)表于期刊《Materials and Manufacturing Processes》。

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通過XRD和DSC方法對(duì)多孔合金樣品進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多孔合金的主要相為TiNi金屬間化合物，在室溫以上熱循環(huán)過程中發(fā)生可逆馬氏體轉(zhuǎn)變。EDS圖譜和SEM研究表明，該合金含有兩相包晶區(qū)(TiNi+Ti2Ni)，在開放反應(yīng)器中合成時(shí)為枝晶態(tài)，在封閉反應(yīng)器中合成時(shí)為結(jié)晶態(tài)。

多孔SHS-TiNi的壓縮試驗(yàn)結(jié)果表明，由于額外25%的塑性變形，在封閉反應(yīng)器中獲得的試樣累積的變形是在開放反應(yīng)器中試樣的5倍。Ti2Ni相的剛性枝晶阻止了基體的塑性變形，提高了試樣的有效剛度，減少了多孔試樣的累積塑性變形。而Ti2Ni晶體的累積并不會(huì)限制TiNi晶粒的塑性變形，也不會(huì)增加多孔試樣的有效剛度。

通過光學(xué)顯微鏡觀察1 210 °C的真空中退火30 min后的試樣，發(fā)現(xiàn)包晶區(qū)的兩相枝晶發(fā)生再結(jié)晶，變?yōu)榻Y(jié)晶的兩相區(qū)。以上結(jié)果表明，由于反應(yīng)氣體的額外熱貢獻(xiàn)，封閉反應(yīng)器中的SHS可以獲得具有更完美相組成且更具延展性的多孔NiTi合金。

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