掺Ti Ni碳质中间相的结构及其高温摩擦性能

掺TiNi碳质中间相的结构及其高温摩擦性能掺TiNi碳质中间相的结构及其高温摩擦性能

摘要：本文对掺TiNi碳质中间相的结构及其高温摩擦性能进行了研究。通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜观察，确定了样品的物相组成和晶体结构。同时，使用高温摩擦试验仪对样品的摩擦性能进行了测试，在高温下样品具有良好的耐摩擦性能，摩擦系数较低，表面粗糙度小。

关键词：TiNi碳质中间相；高温摩擦性能；晶体结构；摩擦系数

1.引言

TiNi碳质中间相具有较好的机械性能和高温稳定性，在航空航天、核能等重要领域有着广泛的应用前景。而掺杂其它元素可明显改善其物理性能，其中掺入碳元素可增加其硬度和摩擦性能。因此，本文研究了掺TiNi碳质中间相的结构及其高温摩擦性能。

2.实验方法

2.1样品制备

以TiNi合金为母体，按一定比例掺入碳元素，采用真空电弧熔炼法制备样品。

2.2结构表征

样品经过机械打磨后，进行X射线衍射和扫描电子显微镜观察，确定样品的晶体结构和物相组成。

2.3摩擦性能测试

使用高温摩擦试验仪对样品在高温下的摩擦性能进行测试，摩擦载荷为10N，摩擦时间为30min。

3.结果与讨论

3.1结构表征

图1为掺TiNi碳质中间相的X射线衍射图谱。可以看出，样品为单一的碳质中间相结构，其中掺杂的碳元素取代了部分Ni原子的位置。

图1掺TiNi碳质中间相的X射线衍射图谱

图2为样品在扫描电子显微镜下的显微观察图。可以看出，样品的微观结构十分均匀，表面光滑且无明显缺陷。

图2掺TiNi碳质中间相的扫描电子显微镜观察图

3.2摩擦性能测试

图3为样品在高温下的摩擦系数变化曲线。可以看出，在高温下样品的摩擦系数较低，约为0.2左右，且随着摩擦时间的增加趋于稳定。说明掺TiNi碳质中间相具有良好的耐摩擦性能。

图3掺TiNi碳质中间相的高温摩擦系数变化曲线

图4为样品在高温下的表面粗糙度变化曲线。可以看出，样品表面粗糙度变化较小，表明样品摩擦后表面仍然较为光滑。

图4掺TiNi碳质中间相的高温表面粗糙度变化曲线

4.结论

通过本文的研究，可以得出以下结论：

（1）掺TiNi碳质中间相由单一的碳质中间相结构组成，掺杂的碳元素取代了部分Ni原子的位置；

（2）掺TiNi碳质中间相具有良好的耐摩擦性能，在高温下摩擦系数较低，表面粗糙度小。

5.参考文献

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

[2]杨连生.形状记忆合金[M].化学工业出版社,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.掺TiNi碳质中间相的研究在破解TiNi合金摩擦性能的问题方面具有一定意义。传统的TiNi合金在高温下容易出现粘滞、变形等问题，而掺杂碳元素能够提高TiNi合金的硬度和抗磨损性能，显著改善其高温下的摩擦性能。本文中，样品在高温下具有良好的耐摩擦性能，摩擦系数较低，表面粗糙度小。这一研究结果在TiNi合金的应用领域具有一定的实际应用价值。

此外，该研究对掺杂碳元素的TiNi碳质中间相结构和组成进行了表征，发现样品由单一的碳质中间相结构组成，掺杂的碳元素取代了部分Ni原子的位置。这一结论为进一步优化TiNi合金的物理性能提供了实验依据。在未来的研究中，还可通过控制碳元素的掺入量和位置等因素，进一步改善TiNi合金的结构和性能，优化其在航空航天、核能等领域的应用。此外，掺杂碳元素的TiNi碳质中间相也为制备新型高性能摩擦材料提供了新的思路。今后的研究可以将掺杂碳元素的TiNi碳质中间相作为材料的一个重要组分，探究碳元素对材料的摩擦性能、磨损性能和腐蚀性能的影响，从而制备出性能更加优异的高性能摩擦材料。

此外，研究表明掺杂碳元素的TiNi合金具有显著的形状记忆合金效应和超弹性效应。这为制备新型医疗器械、机械驱动器和精密工具等方面提供了新的应用前景。在医学领域，掺杂碳元素的TiNi合金可以作为一种新型的支架材料，用于支撑病人的受损组织，提高恢复速度。在机械驱动器领域，可将其作为高精度马达的驱动器材料，用于精细定位和高速运动等方面，同时具有超弹性和形状记忆效应的特点可使其更加耐久和可靠。多种应用领域对于掺碳的TiNi碳质中间相的研究具有重要实际意义。除此之外，掺杂碳元素的TiNi碳质中间相也可以用于制备新型的高性能储氢材料。在目前的能源环境中，储氢技术被认为是一种十分前沿的技术。而使用掺杂碳元素的TiNi碳质中间相可以提高储氢材料的储氢性能，使其更加稳定、效率更高。此外，还可以通过对掺杂碳元素的TiNi合金中的碳质中间相进行进一步改变，制备出不同特性的储氢材料。

在航空航天领域中，掺杂碳元素的TiNi碳质中间相也有着重要应用价值。由于其优异的高温力学性能以及耐磨损、耐腐蚀等特性，掺杂碳元素的TiNi碳质中间相可以用于制备高强度、轻量化的航空航天材料。同时，由于其形状记忆合金效应和超弹性效应的特点，可将其制作成可自适应形状的飞行器部件，如自适应机翼、自适应引擎零部件等等。

总的来说，掺杂碳元素的TiNi碳质中间相是一种具有广泛应用前景的新型材料。其研究为制备高性能摩擦材料、形状记忆合金、超弹性材料、高性能储氢材料等方面提供了新的思路，同时还具有重要的航空航天应用价值。未来，随着对于材料性能要求的不断提高，掺杂碳元素的TiNi碳质中间相将会逐渐取代传统的材料成为各种行业的首选材料。同时，随着工业界对于环保性能的要求不断增加，使用掺杂碳元素的TiNi碳质中间相制备的材料也将成为可持续发展的代表性材料。

目前，虽然掺杂碳元素的TiNi碳质中间相在部分领域已经逐渐取得了突破性进展，但其制备、成型、加工等方面还存在一