Ti51.6Ni43.3Cu4.9Si0.2形狀記憶合金之麻田散體相變態行為與機械性質之研究

Abstract

"本研究利用快速凝固製程(RSP)製作出TiNiCu形狀記憶合金箔帶，並針對其麻田散體相變態行為、顯微結構、形狀記憶效應、以及超彈性進行探討。本研究發現400℃以及500℃的時效條件對Ti50.5Ni44.5Cu5箔帶的相變態溫度影響不大，確認是因為基底成分與噴鑄狀態(as-spun)相同所致。而Ti50.5Ni44.5Cu5箔帶經800℃時效24小時後則因為Ti2(Ni,Cu)以及Ti2(Ni,Cu)3的析出，造成基底成分變化，使得相變態峰值溫度下降。此外，as-spun Ti50.5Ni44.5Cu5箔帶熱循環至1500次後，麻田散體相變態峰值溫度及麻田散體逆變態峰值溫度分別僅下降1.9℃及2.1℃，顯示出良好熱穩定性。在形狀記憶效應實驗中，於170MPa之應力下觀察到as-spun Ti50.5Ni44.5Cu5箔帶具有4.7%之可回復應變，不可回復應變小於0.11%；Ti50.5Ni44.5Cu5箔帶經400℃、500℃時效1小時後則分別有5.1%、5.0%之可回復應變，不可回復應變小於0.11%；800℃時效24小時之Ti50.5Ni44.5Cu5箔帶具有4.7%之可回復應變，不可回復應變約0.17%，從實驗結果可知，Ti50.5Ni44.5Cu5箔帶之可回復應變、不可回復應變會跟材料潛熱以及析出物的狀態有關。從超彈性結果來看，as-spun Ti50.5Ni44.5Cu5箔帶具有4.5%之超彈性，最大彈熱效應的溫度變化量來到10.3℃，而800℃時效24小時後Ti50.5Ni44.5Cu5箔帶在拉伸實驗中僅量測到1%之應變量。經分析結果顯示800℃時效24小時之Ti50.5Ni44.5Cu5箔帶因為太脆而在產生麻田散體變態之前斷裂所致。As-spun Ti50.5Ni44.5Cu5箔帶在經過2%與4%超彈性循環後，試片分別於201、91次循環後破壞，且因4%超彈性循環所累積之差排較多，造成功能性降級較大。最後本研究選用as-spun Ti50.9Ni48.2Si0.2與Ti50.5Ni44.5Cu5箔帶進行超彈性比較。Ti50.9Ni48.2Si0.2箔帶同樣有4.5%之超彈性，最大彈熱效應的溫度變化量為11.3℃。此外，Ti50.9Ni48.2Si0.2箔帶在經過4%超彈性循環後，Ti50.9Ni48.2Si0.2箔帶因為厚度分布較不均，使疲勞壽命較差，但因Ti50.9Ni48.2Si0.2箔帶晶粒尺寸較小，具有細晶強化效果，所產生的功能性降級幅度較小。不同溫度下之超彈性測試顯示Ti50.9Ni48.2Si0.2箔帶可在40~55℃溫度範圍內展現2%超彈性性能；Ti50.5Ni44.5Cu5箔帶可在69~94℃溫度範圍內具有3%超彈性性能。此外，也針對箔帶於不同溫度下之彈熱效應進行量測，並計算出材料性能係數作為固態冷媒選用之依據。"