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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林秀芬
研究生(外文):Hsiu-Fen Lin
論文名稱:鈦鎳鐵合金拘束時效造成雙向形狀記憶效應研究
指導教授:胡塵滌胡塵滌引用關係
指導教授(外文):Chen-Ti Hu
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:材料科學工程學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:形狀記憶合金
外文關鍵詞:shape memory alloy
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本實驗室去年曾以富Ni之Ti49.2Ni50.8形狀記憶合金作雙向形狀記憶形為之研究,發現當試片經過預時效(Pre-aging)處理,產生Ti11Ni14析出物後,不需經過繁複的訓練步驟,只需一次的拘束時效處理,就可成功的得到良好雙向形狀記憶效應,因此本論文將繼續採用拘束處理方式,期望能以簡單易作的訓練步驟得到最好的雙向形狀記憶效應,以供將來於微機電系統中的應用。
去年本實驗室研究造成富Ni之Ti49.2Ni50.8形狀記憶合金之雙向形狀記憶效應的機制推測是R-phase穩定化及Ti11Ni14析出物有序排列等因素。唯有將上述的機制予以分辨及角色釐清,才能更了解影響合金中雙向形狀記憶效應的因素,因此本論文將針對”R-phase”此項機制加以研究及討論。
第一部分本論文所使用的試片成分有兩種分別為Ti50Ni48.4Fe1.6之三元形狀記憶合金,第二部分為之富Ni之Ti49.2Ni50.8二元形狀記憶合金。
藉由Fe元素加入TiNi系形狀記憶合金,可降低Ms溫度,即不需經過繁複的冷加工或時效熱處理,在冷卻或升溫的過程,自然會產生R相變態,因此考慮Ti50Ni48.4Fe1.6形狀記憶合金雙向形狀記憶效應機制時,可排除Ti11Ni14析出物因素的影響。
此部分實驗的重點在於研究各種的拘束處理,希望藉由不同條件拘束處理,得到最好的雙向形狀記憶效應狀態的拘束條件,並深入探討雙向形狀記憶效應可能出現的原因,實驗結果顯示,若拘束條件為一次拘束處理,則以在233K作180min拘束處理,可得最好之雙向形狀記憶效應。若拘束條件為二次拘束處理,則必須以第一次在233K作180min拘束處理後,第二次於233K作180min反向拘束處理,可得到最好的形狀記憶效應。可能是因應力誘發R相的出現及R-phase variants的自我調適等因素所造成。
其次主要對未拘束處理試片(Nonconstrain)及C298-C233/180-233試片的各種性質作比較。實驗結果發現,經由一次拘束處理,可R相穩定化,即使在高於Af溫度(269.4K)狀態,拘束處理過的試片依然可以觀察到R相存在。
第二種材料為Ti49.2Ni50.8二元形狀記憶合金,以不同的熱處理方式準備試片,以了解R相對於雙向記憶效應的重要性。實驗結果發現,Ti49.2Ni50.8試片若未經預時效處理,即未產生R相變態,即使作拘束處理,也不會產生雙向形狀記憶效應,因此知R相在雙向形狀記憶效應中扮演一重要角色。

目 錄
第一章 緒論…………………………………………………………...1
1-1前言………………………………………………………….…1
1-2形狀記憶金合導論..……….…………………………………..1
1-2-1形狀記憶效應…………………….…………………..…..1
1-2-2擬彈性……………………………………..…………..….4
1-3文獻回顧…………………………………………………….....5
1-3-1 TiNi形狀記憶合金之文獻回顧……………….……..…..5
1-3-2 R相之文獻回顧………………………..…………..…….7
1-3-3 TiNiFe之文獻回顧…………………………….………....8
1-4實驗目的…………………………………………………….…9
第二章 實驗方法與設備…………………………………………….17
2-1原料的製備……………………………………………….…..17
2-2記憶合金的熔煉………………………………………….…..17
2-3熱間輥軋與試片加工…………………………………….…..18
2-4成份分析………………………………………………….…..18
2-5硬度量測………………………………………………….…..19
2-6 VSM量測………………………………………..……….…..19
2-7顯微結構觀察…………………………………………….…..19
2-7-1光學顯微觀察…………………………………….….….19
2-7-2掃瞄式電子顯微鏡……………………………….….….20
2-8 X-Ray繞射分析…………………………………………..…..20
2-9雙向形狀記憶效應測試……………………………….……..20
2-10 DSC測量……………………………………………..….…..21
第三章 Ti50.23Ni48.13Fe1.64試片無拘束處理之基本性質之研究……...25
3-1實驗目的……………………………………………………...25
3-2材料基本性質分析…………………………………………...25
3-2-1成份定量……………………………………………..….25
3-2-2 DSC量測………………………………………….…….25
3-2-3 VSM量測……………………………………………….26
3-2-4硬度測試………………………………………..……….27
3-2-5其他性質…………………………………………..….…27
3-3結論…………………………………………….……………..27
第四章 拘束處理造成Ti50.23Ni48.13Fe1.64試片雙向形狀記憶效應機制之研究………………………………………………….…….32
4-1 實驗目的……………………………………………………..32
4-2 實驗流程……………………………………………………..32
4-2-1拘束處理……………………………………………..….32
4-2-2雙向形狀記憶恢復率量測………………………..…….32
4-2-3符號介紹…………………………………………..…….33
4-3拘束處理……………………………………………..……….33
4-3-1不同拘束溫度…………………………………………...34
4-3-2 R相時不同拘束時間………………………………..….34
4-3-3拘束處理試片於不同水浴中作熱循環…………….…..34
4-3-4不同溫度套入拘束環…………………………….…..…34
4-3-5不同溫度下解除拘束的效應………………………….. 34
4-3-6不同熱週期拘束……………………………………….. 34
4-3-7完全與非完全熱循環作拘束處理…………………….. 34
4-3-8組合不同溫度下持溫和拘束處理…………………….. 34
4-3-9組合不同溫度的拘束處理…………………………….. 34
4-3-10反向第二次拘束處理…………..…………………….. 34
4-4結果與討論………………...………….…………………….. 34
4-4-1不同拘束溫度………………………………………….. 34
4-4-1-1實驗目的……………………………….……….. 34
4-4-1-2實驗結果與討論……………….……………….. 34
4-4-2 R相時不同拘束時間…………………….……………..37
4-4-2-1實驗目的…………………………….…………..37
4-4-2-2實驗結果與討論…………………….…………..37
4-4-3拘束試片於不同水浴中作熱循環……………………..38
4-4-3-1實驗目的………………………………………...38
4-4-3-2實驗結果與討論…………………………...…….39
4-4-4不同溫度套入拘束環……………………………,……..39
4-4-4-1實驗目的…………………………….……,……..39
4-4-4-2實驗結果與討論……………………….…,……..40
4-4-5不同溫度下解除拘束的效應……………………,……..40
4-4-5-1實驗目的…………………………….……,……..40
4-4-5-2實驗結果與討論…………………….……….…..40
4-4-6不同熱週期拘束…………………………………….…..41
4-4-6-1實驗目的……………………………………..…..41
4-4-6-2實驗結果與討論……………………………..…..42
4-4-7完全與非完全熱循環作拘束處理……………….……..42
4-4-7-1實驗目的………………………………….….…..43
4-4-7-2實驗結果與討論………………………………....43
4-4-8組合不同溫度下持溫和拘束處理……………………..44
4-4-8-1實驗目的…………………………………….…..44
4-4-8-2實驗結果與討論……………………….…….…..44
4-4-9組合不同溫度的拘束處理……………………….……..45
4-4-9-1實驗目的…………………………………..……..45
4-4-9-2實驗結果與討論………………………….….…..45
4-4-10反向第二次拘束處理……………………………...…..46
4-4-10-1實驗目的…………………………………....…..46
4-4-10-2實驗結果與討論………………………………..47
第五章未拘束試片(Nonconstraint)及C298-C233/180-233拘束處理
試片之差異………………………………………...……...…..64
5-1實驗目的…………………….………………………………..64
5-2 結果與討論…………………………………………………..64
5-2-1 DSC量測………………………………………………..64
5-2-2雙向形狀記憶效應…………………….... ……………..64
5-2-3顯微結構………………………………………………...67
5-2-4優選方位……………………….………………………..68
5-2-5 X-ray繞射分析……………….…………………………69
5-2-6 Vickers硬度…………………….……………...………..70
第六章 Ti49.2Ni50.8對照組造成雙向形狀記憶效應機制之研
究………………………………………………………….….85
6-1實驗目的……………………………………………………...85
6-2 Ti49.2Ni50.8照組簡介…………………………………………..85
6-2-1試片成型………………………………………….……..85
6-2-2 預時效處理(Pre-aging) ………………………………..85
6-3實驗步驟……………………………………………………...86
6-4結果與討論…………………………………………………...86
6-4-1 DSC量測………………………………...……………...86
6-4-2 1073/30-673/45試片拘束處理………...…..…………...86
6-4-3 1073/30試片拘束處理..………………………………...87
第七章 結論……………………………………………..………91
參考文獻……………………………………………………………….94

參考文獻
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