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導讀

采用自蔓延高溫合成(SHS)方法，在封閉和開放的氣體流動反應器中以及氬氣保護氣氛下逐層燃燒，制備了多孔NiTi合金。封閉反應器合成的多孔NiTi合金的最大壓縮應變?yōu)?4%，而開放氣流反應器合成的最大壓縮應變?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顯微鏡分析表明，包晶結晶兩相區(qū)的反應產(chǎn)物在TiNi基體中以孤立的Ti2Ni晶簇的形式存在。在封閉反應器中，采用SHS法制備了力學性能較好的多孔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用了30多年，其具有生物化學和生物力學相容性，高耐腐蝕性，滲透性和可制造性而被廣泛應用。多孔SHS-NiTi合金在結構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合金的力學性能非常重要。

影響SHS宏觀動力學和合金性能的方法之一是通過改變合成過程中從流動到循環(huán)的反應氣體的運動方向，從而減少逐層燃燒法的熱損失。然而，該方法鮮有被報道?；诖耍砹_斯托木斯克國立大學聯(lián)合美國南佛羅里達大學的團隊研究了反應氣體熱作用使多孔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器中合成的多孔試樣的相組成以及在開放反應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)的結論。相關研究成果以題為“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方法對多孔合金樣品進行研究，結果發(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)，在開放反應器中合成時為枝晶態(tài)，在封閉反應器中合成時為結晶態(tài)。

多孔SHS-TiNi的壓縮試驗結果表明，由于額外25%的塑性變形，在封閉反應器中獲得的試樣累積的變形是在開放反應器中試樣的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晶體的累積并不會限制TiNi晶粒的塑性變形，也不會增加多孔試樣的有效剛度。

通過光學顯微鏡觀察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)生再結晶，變?yōu)榻Y晶的兩相區(qū)。以上結果表明，由于反應氣體的額外熱貢獻，封閉反應器中的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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