金屬注射成形多孔NiTi形狀記憶合金及其傳熱驅(qū)動(dòng)的研究.pdf

1、本文以金屬注射成形工藝制得多孔NiTi形狀記憶合金多孔體，并以多孔傳熱的方式研究了該多孔體作為驅(qū)動(dòng)元件的可行性。多孔的NiTi形狀記憶合金除超彈性和形狀記憶性能外，還有一些是致密材料所沒有的性能，如低密度、高孔隙度和高透過性等。期望這些性能與傳統(tǒng)材料相結(jié)合，對(duì)材料的發(fā)展尤其是復(fù)合材料、智能材料、生物醫(yī)學(xué)材料和消聲減振材料等的發(fā)展注入新的活力。 文中采用金屬注射成形法制得了Ni+Ti混合粉末毛坯，得出Ni+Ti金屬粉末與粘結(jié)劑的質(zhì)

2、量比為10:2；注射成形壓力為400bar；喂料溫度為353K；模具溫度控制在328K左右時(shí)注射得到壓坯一致性較好。并對(duì)石蠟基粘結(jié)劑體系制備的Ni+Ti注射成形坯進(jìn)行溶劑脫粘和熱脫粘，溶劑脫粘最大脫粘率可達(dá)98.8％。溶劑脫粘速度曲線隨著時(shí)間進(jìn)行分為三段。溶劑脫粘和熱脫粘后在Ni+Tj注射坯內(nèi)形成許多大小不同、形狀各異的孔洞。 采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算兩種方法研究了自蔓延燃燒燒結(jié)多孔形狀記憶合金。實(shí)驗(yàn)表明：燒結(jié)反應(yīng)完全，孔洞形狀不規(guī)則

3、，多為通孔，孔徑約1mm左右，孔隙率最大約為75％左右，孔徑和孔隙率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于壓制成形粉末燒結(jié)合成法制作的多孔NiTi形狀記憶合金，并且實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了燒結(jié)機(jī)理。該多孔NiTi形狀記憶合金的主相為B2和B19ˊ的NiTi相，僅有極少量的NiTi2中間過渡相，無Ti和Ni純?cè)叵喑霈F(xiàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行了DSC以及壓縮試驗(yàn)測(cè)試。當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到一定值時(shí)，燃燒方式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從自蔓延燃燒轉(zhuǎn)為熱爆模式，并且此時(shí)的最大燃燒溫度也大于NiTi形狀記憶合金熔

4、點(diǎn)溫度。 對(duì)于理論計(jì)算模型，文中把自蔓延燃燒過程分為：預(yù)熱段、點(diǎn)火段和燃燒段三個(gè)階段，其中燃燒段根據(jù)燃燒溫度分為未熔化段、部分熔化段和過熱段。并對(duì)點(diǎn)火段和燃燒段分別建立數(shù)學(xué)模型，并得出以下結(jié)論：點(diǎn)火線圈的溫度越高，預(yù)熱溫度越高，點(diǎn)火所需時(shí)間越短；瞬態(tài)燃燒溫度隨著燃燒的進(jìn)行溫度逐漸升高，當(dāng)溫度達(dá)到NiTi形狀記憶合金的熔點(diǎn)時(shí)溫度保持不變。同時(shí)文中也研究了燃燒瞬態(tài)轉(zhuǎn)化率、瞬態(tài)熔化率以及燃燒波的分布規(guī)律，結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值計(jì)算結(jié)

5、果吻合較好。 文中用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法研究了冷熱流體加熱和冷卻形狀記憶合金多孔管驅(qū)動(dòng)器。結(jié)果表明：形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的溫度隨時(shí)間有一個(gè)明顯的周期性的變化，滿足交變驅(qū)動(dòng)SMA驅(qū)動(dòng)器的工作要求，最大溫度大于SMA奧氏體相變結(jié)束的溫度并且波動(dòng)的最小溫度低于馬氏體相變結(jié)束的溫度。數(shù)值計(jì)算模型分為兩部分：(1)管內(nèi)流動(dòng)：(2)多孔膜管壁內(nèi)流動(dòng)。對(duì)于管內(nèi)的流動(dòng)本模型采用二維湍流模型的兩方程模型，管壁多孔介質(zhì)采用層流流動(dòng)模型，結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)