⑴NiTi形状记忆合金的相变

①形状记忆效应：主要是由合金中的马氏体转变和逆转变引起的。形状记忆合金系在不同的状态下会呈现不同的结构状态，高温时为奥氏体相，呈体心立方结构，低温时为马氏体相，为单斜晶体结构。

②Ti-Ni合金体系相图

图1.1为Ti-Ni合金体系相图，关于TiNi单相一直存在两点争议：第一，在温度630°C时，是否存在共析反应TiNi→Ti2Ni+TiNi3；第二，在合适的热处理条件下，富镍的Ti-Ni合金中会出现Ti3Ni4相和Ti2Ni3相，而这两项的本质也存在争议。Nishida[25]等人认为当富镍的Ti-Ni合金进行时效处理，出现的Ti3Ni4相和Ti2Ni3相为亚稳定相，并且随着时效时间增长，相的沉积顺序为Ti3Ni4→Ti2Ni3→TiNi3，即在足够长的时效时间内，最终会生成稳定点的TiNi3相，因此图1.1所示的相图为稳定Ti-Ni合金体系相图。然而根据Massalski[26]等人的研究，图1.1中的相图需要做一点修正，将630°C处的虚线删除掉，在1090°C处添加虚线，即在该温度发生BBC结构到B2结构的转变，所以根据这一相图，可以利用热处理的方法来改善合金的形状记忆的特点。

⑵NiTi扩散相变

由Ti-Ni相图可知，二元Ti/Ni体系存在三种金属间化合物：Ti2Ni、NiTi和Ni3Ti。其中，Ti2Ni和NiTi都是以化合物为基的固溶体，但Ti、Ni原子在Ti2Ni中的固溶度很小，使其均匀化范围很窄；NiTi相只有在630℃~1310℃范围内存在；当温度低于630℃时将会分解成Ni3Ti和Ti2Ni，随着温度的升高，其均匀化范围呈先增大后减小的趋势；在1118℃达到最大；当温度接近942℃时，共晶反应（βTi）+Ti2Ni→L就会发生，（βTi）/Ti2Ni界面将会发生融化。

图1.1Ti-Ni二元合金相图

随着扩散温度的升高，Ti2Ni和NiTi的厚度逐渐增加，Ni3Ti则是先增加后减少，但是Ni3Ti、Ti2Ni和NiTi的总厚度呈不断增加的趋势。周勇[27]等对Ni/Ti热扩散时形成金属间化合物的规律研究时发现，扩散层中NiTi金属间化合物的生长占主导地位。随着保温时间的增加，NiTi金属间化合物的生长基本符合抛物线定律，而Ni3Ti和Ti2Ni金属间化合物的生长量基本保持不变，其厚度保持在3~5μm左右。

⑶Ni/Ti界面扩散的影响因素

影响Ni/Ti界面扩散的因素非常多，与任何两种元素的扩散过程相似，扩散温度、保温时间是影响扩散的重要因素，参考相关的研究结果，可以发现两者是如何影响Ni/Ti界面的扩散过程的。除此以外，在Ni/Ti界面的扩散过程中会产生哪些金属间化合物及其形成机理如何都是非常值得研究的。

①扩散温度：随着温度的升高，三层扩散层的总厚度不断增加，但三层扩散层的增长趋势有所差别。Ti2Ni和NiTi的厚度随温度的升高逐渐增长，但NiTi的增长趋势要比Ti2Ni的快，Ni3Ti层则是先增加后减少，其厚度在650℃到700℃之间达到最大值。

温度对Ni/Ti扩散偶连接界面各扩散层的影响是不同的，对Ni3Ti层的影响最明显，其次是NiTi，最后是Ti2Ni。当扩散温度为650℃时，扩散层由金属间化合物Ti2Ni、NiTi、Ni3Ti构成，随着扩散时间的增加，Ni3Ti、Ti2Ni和NiTi层都呈增长的趋势，并且Ni3Ti层的厚度始终大于NiTi层。当扩散温度为750℃时，Ni3Ti扩散层发生了部分变化。NiTi层的厚度随时间的延长大幅度增加，Ti2Ni的增长趋势是先增加后平稳，而Ni3Ti层的扩散时间达到30min时转变成柱状组织，并且随着时间的增加柱状组织越来越多，直到Ni3Ti层完全消失。

②保温时间：随着保温时间的增加，Ni3Ti、Ti2Ni和相都呈增长的趋势，并且Ni3Ti层的厚度始终大于NiTi层。

⑷Ni/Ti界面的形成机理

扩散过程中金属间化合物的生成顺序是Ni3Ti、Ti2Ni、NiTi。随着扩散的进行，Ti层和Ni层的厚度急剧减小，从而会影响Ti/Ti2Ni和Ni/Ni3Ti的扩散能力，进而阻碍了Ni3Ti和Ti2Ni的形核增长，而NiTi的增长与TiNi3和Ti2Ni的形核增长速率息息相关，当Ni3Ti和Ti2Ni的生长受到阻碍时NiTi的形核生长速率也会减慢，因此Ni3Ti、Ti2Ni和NiTi层在初期增长速率比较快，随着扩散时间的增长，Ni层和Ti层的剧烈消耗，Ni3Ti、Ti2Ni和NiTi层的增长速率逐渐减缓。也就是说，在浓度梯度的作用下，Ti原子和Ni原子摆脱晶格束缚不断向界面处扩散，形成Ti（Ni）和Ni(Ti)固溶体，首先生成Ni3Ti；当Ni3Ti层达到一定厚度之后，界面处的Ti与Ni反应开始形成Ti2Ni；当Ti2Ni层厚度达到稳定后，在Ni3Ti与Ti2Ni之间发生反应Ti+Ni=NiTi和2Ti+Ni3Ti=3NiTi生成NiTi。简而言之，Ni/Ti扩散系中化合物的生成顺序为，Ni3Ti和Ti2Ni几乎同时生成，然后NiTi开始形核。