电脉冲处理SLM制备TiNi合金微观组织与马氏体相变
摘要
激光选区熔化（Selectivelasermelting，SLM）解决了传统工艺制备TiNi合金只能
制作简单几何形状构件的难题，并保留了TiNi合金的形状记忆效应、超弹性等优良特
性。但SLM-TiNi合金具有缺陷较多、微观组织不均匀等问题，需要进行后处理。电脉
冲技术可以通过对合金施加脉冲电流，使合金在短时间内迅速达到较高的温度，改善
其微观组织与性能。本文选择近等原子比的SLM-TiNi合金作为研究对象，通过热处理
工艺得到沉积态、固溶态、时效态三种不同初始状态的合金，进行电脉冲处理；利用
X射线衍射分析相组成；利用光学显微观察、透射电子显微观察研究微观组织；通过
差示扫描量热分析研究马氏体相变；通过动态热机械分析和显微硬度测试研究形状记
忆效应与显微硬度。
结果表明，随着脉冲处理电流强度或时间增加，沉积态试样中析出相在低于常规
溶解温度条件下发生回溶然后再次析出。这主要是因为电脉冲提供的热效应与非热效
应耦合作用降低了析出相相变势垒。当脉冲电流强度为420A时，随着脉冲处理时间增
加，固溶态试样发生再结晶，脉冲处理7s后，试样的晶粒尺寸由34μm降至17μm。
随着脉冲处理时间增加，时效态试样中透镜状TiNi相先回溶再弥散析出，分布均匀。
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随着脉冲电流强度或时间的增加，沉积态试样马氏体相变温度先降低后增加。脉
冲处理15s沉积态试样和脉冲处理1s、7s时效态试样在冷却过程中出现B2→R→B19
和B2→B19多步相变，这与析出相的分布有关。固溶态试样中脉冲处理3s、15s、30s
试样出现B2→B19的两步相变，这是由于电脉冲处理使合金成分不均匀导致的。
经过脉冲处理后，沉积态与时效态试样均表现出更佳的形状记忆效应。脉冲处理
后，沉积态试样可恢复应变升高，不可恢复应变几乎不变；时效态试样可恢复应变略
微降低，但不可恢复应变显著降低。脉冲处理后不同初始状态试样的显微硬度显著高
于初始态试样，随脉冲时间增加显微硬度先增大后降小。
上述研究建立了电脉冲处理与不同状态SLM-TiNi合金的微观组织、马氏体相变以
及功能特性之间的联系，为增材制造TiNi合金研究提供参考。
关键词：TiNi合金；激光选区熔化；微观组织；电脉冲处理；马氏体相变
电脉冲处理SLM制备TiNi合金微观组织与马氏体相变
Abstract
Selectivelasermelting(SLM)overcomesthedifficultythattraditionalprocessingcanonly
producethecomponentsofTiNialloyswithsimplegeometricshapes,whileretainingexcellent
propertieslikeshapememoryeffectandsuperelasticity.However,TiNialloysfabricatedby
SLMstillneedpostheat-treatmenttoeliminatetheproblems,likedefects,uneven
microstructure.Electropulsingcanovercometheseproblemsbyrapidlyreachinghigh
temperatures,improvingthemicrostructureandproperties.Inthispaper,SLM-TiNialloywith
nearequalatomiccompositionwasselectedasthetargetmaterial.Threedifferentinitialstates
ofalloy,namely,as-f