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Mo、Al和Hf复合合金化对Ni60Ti40合金的组织和力学性能的影响

摘要

富Ni的NiTi合金因具有高硬度、高耐磨性、优良的耐腐蚀性等优点，是制造高性

能和极端环境下服役轴承的理想材料。以富Ni的NiTi合金为基体，通过单一元素或多

元素复合添加的合金化方法有望得到新型的轴承合金。本文在Ni60Ti40合金中分别添加

不同含量的Mo、Mo和Al以及Mo、Al和Hf，形成NiTiMo三元合金、NiTiMoAl四元

合金和NiTiMoAlHf五元合金，利用光学显微观察、X射线衍射分析、扫描电子显微观

察和透射电子显微观察以及显微硬度、摩擦磨损性能系统研究了这几组合金的的微观组

织和力学性能。

在NiTiMo(x=0，3，4，5，6，7，8，10，16，20at.%)合金中，Mo合金的显

6040-xx0

微组织由NiTi基体、TiNi相和TiNi相组成，添加Mo元素的合金中还析出了BCC结

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构的Moss相。随Mo含量增加，合金的硬度先增大后减小，在Mo10合金时达到最大值。

Mo的添加改变了TiNi相的形态和尺寸，过量的Mo使TiNi相分解为TiNi相，且使

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Moss相发生粗化，降低硬度。在NiTiMo(x=55，56，57，58，59at.%)合金中，显

x90-x10

微组织由NiTi基体、Moss相、TiNi相和TiNi相组成。随Ni含量增加，TiNi相和

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Moss相的尺寸细化，合金的显微硬度增大。Ni60Ti40-xMox合金的平均摩擦系数CoF值随

Mo含量的增加先减小后增大。NiTiMo合金的CoF值随Ni含量的增加不断减小。

x90-x10

Ni60Ti30Mo10合金具有最小的CoF值、最小的磨痕宽度和磨损失重，耐磨性最好。

在Ni60Ti30-xMo10Alx(x=1，2，3，5，8at.%)合金中，当Al含量在1at.%及以下时，

显微组织由NiTi基体、Moss相和TiNi3相三相组成；当Al含量在1at.%以上时，还生

成了Ni2TiAl相。随Al含量增加，TiNi3相的体积分数逐渐下降，合金的显微硬度逐渐

降低，CoF值不断变大，磨痕逐渐变宽，磨损失重逐渐增大，表明在Ni60Ti30Mo10合金

的基础上添加Al元素会降低合金的耐磨性。

在NiTiMoAlHf(x=1，2，3，5at.%)合金中，显微组织由NiTi基体、Moss相、

602710-x3x

TiNi相和NiTiAl相组成。随Hf含量增加，固溶强化效果增强，并生成了富Mo的有

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序金属间化合物，合金显微硬度不断增加，CoF值不断减小，磨痕宽度和磨损失重逐渐

降低，耐磨性提高，证明在Ni60Ti27Mo10Al3合金的基础上添加Hf可以提高合金耐磨性。

所有系列的合金都存在三种典型的磨损机制，分别为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。

关键词：NiTiMo合金；NiTiMoAl合金；NiTiMoAlHf合金；显微组织；硬度；摩擦磨损

Mo、Al和Hf复合合金化对Ni60Ti40合金的组织和力学性能的影响

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