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TiNi形状记忆合金在范围内的氧化行为C.H.Xu∗,X.Q.Ma,S.Q.Shi,C.H.Woo10033619姜钰荣摘要对商业性TiNi形状记忆合金(SMA)在纯氧中超过的温度范围内等温氧化行为进行研究。氧化产物可以用X射线衍射来检测，试样氧化后的特征通过使用扫描电子显微镜（SEM）和能量扩散谱（EDS）来获知。不同温度下的氧化动力学曲线的研究符合抛物线和对数的规律。根据氧化动力学来讨论合金的机械性能和氧化激活能。通过增长的温度诱发应力分析在氧化层早氧化过程中的多层次规模散裂。©2003ElsevierB.V.Allrightsreserved。关键字：TiNi合金、氧化、规模散裂、激活能、扩散系数1.引言TiNi合金是一种最常用形状记忆合金(SMA)之一，由于形状记忆效应高达8%的应变【1】。近几年，由于它独特的性能比如说热形状记忆、特殊毒性、良好的生物相溶性以及耐腐蚀性能，形状记忆合金被用在工业应用和生物医药的应用【2,3】。TiNi合金奥氏体的马氏体相变发生在的温度范围内，取决于合金的成分和应力【4】。TiNi合金在较高的温度可以进行热加工。TiNi合金在较低温度也可以进行冷加工。该合金在冷变形中会快速产生加工硬化，因此需要进行退火处理。为了获得所需的形状记忆，热处理通常在之间进行【4】。这些处理在高温含氧的气氛中将会导致合金氧化。氧化过程中形成的氧化物层的属性可能对腐蚀起着重要的作用。然而，一些研究关注了这个领域。在研究等原子比的TiNi合金在托或空气中的氧气压力23和中的氧化，揭示了根据不同的氧化环境下形成不同的氧化物【5】。对等原子比的TiNi合金在空气中从的温度范围内氧化的研究表明在这种情况下不会发生规模散裂【6】。一个早期对Ti的调查表明，Ti金属的氧化动力学曲线在低于时符合对数规律，在之间符合立方规律，在超过时符合抛物线规律【7】。这篇文章讲的就是TiNi形状记忆合金在纯氧中温度之间的氧化行为。2.实验实验中使用的材料是含Ti50.8%和Ni49.2%的商业热轧TiNi板料。将板料切割成大小为的试样，然后在砂纸上打磨，氧化实验前用丙酮洗净并晾干。氧化实验首先在SETARAMLABSYSTM热重分析仪中进行。试样在保护气体氩气中以的速率加热至氧化温度。在氧气的氛围的温度范围内1atm下恒温氧化4小时。试样增重的测量作为时间的函数在热重分析仪中通过电子天平在0.1mg的精度内来确定。最后将氧化试样冷却至室温。3.实验结果3.1恒温氧化动力学TiNi合金氧化动力学曲线的绘制如图1，表示在温度下的增重质量和时间的关系。随着温度升高氧化速率迅速提高。试着通过以下方法对速率常数的测定。Fig.1Massgainvs.timefortheisothermaloxidationofTiNialloy3.1.1抛物线速率常数的测定抛物线速率常数是由每个试样单位面积和曝光时间的增重质量所决定的，（1）Kp可以通过从线性回归线的斜率上获知。在图2中可以清楚的表示尽管实验数据（粗实线）稍微偏离回归直线（细实线），但偏离并不显著。从氧化的线性回归曲线中可知，在所得的抛物线速率常数和相关系数（R）列与表1。较高的相关系数表明，TiNi记忆合金在进行4小时的氧化遵循抛物线规律。有一个错误的相关系数，在所得的氧化数据，表明TiNi形状记忆合金在中的氧化不符合抛物线规律。Fig.2vs.timeplotfortheoxidationofTiNiat550,650,and3.1.2对数速率常数的测定在中氧化反应的数据符合立方规律，得到不好的相关系数。然而使用对数规律来拟合氧化数据。对数速率常数可以通过其中A为常数来确定。(2)得到的的Klog和0.93的相关系数（R），这表明TiNi记忆合金在中氧化4小时约服从对数规律。3.2氧化试样表面鉴别相等温氧化之后，通过X衍射对试样表面的晶体结构进行检查，其结果如表2所示。在氧化试样表面无氧化物形成。然而，发现了少量的。氧化物太薄，通过扫描电子显微镜（SEM)来识别。TiNi合金在氧化的主要氧化产物是金红石。在试样中也能检查到的相。相在氧化物层的下方区域形成（图6（d））。马氏体的存在表明，由于化学成分变化的氧化可能引起内应力，这反过来又可能导致TiNi基底接近层上的相变。3.3形貌和氧化膜的微观组成试样表面形成的氧化皮的形态有很大不同这与氧化温度有关。如图3所示，在氧化，根据氧化前抛光工艺在试样表面形成的...