【中文摘要】镍钛形状记忆合金具有功密度高、输出力和位移大等突出优点，是研制微电子机械系统（MEMS）驱动器的理想材料。然而，由于表面效应和尺寸效应的影响，由其研制的微驱动器存在严重的磨损问题。因此，认识和控制镍钛合金的微磨损过程具有很强的现实重要性。本课题将循着从压痕、划痕到磨损的研究思路，研究镍钛合金可恢复变形能力对其变形和磨损的影响；同时，通过改变温度调节其相变屈服应力，研究相变屈服应力对镍钛合金变形和磨损的作用机制，并建立不同工况下的零磨损条件，以优化其相变特性获取最佳耐磨性，为选择和设计高磨损性能的镍钛合金提供系统的实验依据；在此基础上，结合基于材料非线性本构关系的有限元分析，建立镍钛合金应力诱发相变下微磨损的理论模型，揭示微磨损机理，最终实现对微磨损的预测和控制。该研究不仅可以促进镍钛合金在MEMS和生物医学领域的应用，而且对丰富和完善纳米摩擦学的理论体系具有重要意义。
【结题摘要】镍钛形状记忆合金具有功密度高、输出力和位移大等突出优点，是研制微机电系统驱动器(MEMS)的理想材料。针对其相变相关的微磨损问题，本项目循着从压痕、划痕到磨损的研究思路，实验研究了不同温度下镍钛合金应力诱发相变对其变形和磨损的影响。发现镍钛合金的硬度和耐磨性之间存在着一种反常关系，即随温度的增加，硬度增加，但耐磨性降低。利用一个简单的接触模型，分析表明随温度增加，镍钛合金硬度的增加主要源于其相变应力的增加，而耐磨性的降低可归因于奥氏体弹性模量的增加以及镍钛合金温度相关的相变与塑性之间的交互作用。在此基础上，结合球形压头在镍钛合金上的压痕实验结果，利用维数分析和有限元方法，建立了球形压头压痕表征镍钛合金相变应力的方法。另外，本项目还在国际上率先开展了镍钛合金微动磨损性能及防护的研究。研究表明，镍钛合金的马氏体相变和重取向不仅可以增大其弹性协调能力，扩大微动部分滑移区，而且基于其对塑性变形的屏蔽作用，提高了镍钛合金的微动性能。此外，研制成功抑制镍离子析出和提高镍钛合金微动性能的涂层。该研究不仅可以促进镍钛合金在MEMS和生物医学领域的应用，而且对丰富和完善纳米摩擦学的理论体系具有重要意义。