质子辐照对TiNi合金马氏体相变和形状记忆特性的影响规律及机制

In the present study, microstructure, martensitic transformation behavior and shape memory properties of the proton irradiated TiNi alloys will be carried out to meet the requirement of high reliability and long lifetime of space vehicle. The key scientific problem of the project is to reveal the interaction between high energy proton and TiNi alloys, build the physical model to understand the transportation process of energy and weight of energetic proton particles in TiNi alloys,then a model will be established to reveal the formation and evolution mechanism of defects and new phase induced by the high energy proton irradiation. Moreover,the effect of proton irradiation on the martensitic transformation characterisitics will be systematically investigated and the model for the coupling effect betwween the defects and lattice atom of TiNi alloys will be build to understand the mechanism of martensitic transformation under the irradiation defects.Furthermore,the influence of proton irradiation on mechanical properties and shape memory behavior will be studied, and the behind mechanism will be clarified based on the microstructure evolution during irradiation.

针对航天器高可靠性长寿命的国家重大科技需求，开展质子辐照对TiNi合金微观组织结构、马氏体相变以及形状记忆特性的影响规律及微观机制研究。项目核心科学问题在于：研究辐照质子与TiNi合金交互作用的物理过程，建立辐照质子在TiNi合金中的能量及质量沉积物理模型，揭示质子辐照诱发缺陷和新相的形成及演化机理；查明质子辐照对TiNi合金马氏体马氏体相变特征的影响规律，建立缺陷与晶格原子耦合作用模型，揭示辐照缺陷作用下的马氏体相变机制；研究质子辐照对TiNi合金力学行为以及形状记忆特性的影响规律，结合微观组织分析，阐明质子辐照影响TiNi合形状记忆特性的内在本质。

目前，对离子辐照TiNi合金马氏体相变和形状记忆特性影响的研究主要集中在重离子和电子的条件下。而在低地球轨道空间环境下具有大量的高能质子，针对航天器高可靠性长寿命的需求，本项目主要研究高能质子辐照对TiNi合金微观组织结构、马氏体相变以及形状记忆效应的影响及其微观机制。本研究不仅对于长寿命航天器中的材料设计具有现实的指导意义，同时对于拓展非均匀体系的马氏体相变机制研究有着重要的理论意义和科学价值。.本项目根据等效束流密度方法选择经过不同能量或剂量的质子辐照TiNi合金为研究对象，首先计算分析合金原子的离位阈能，模拟辐照质子在TiNi合金中的能量和质量输运效应，查明了辐照质子在TiNi合金中的存在深度及其浓度-深度分布规律；其次，深入研究了高能质子对TiNi合金辐照层微观组织结构影响规律及其微观机理，研究发现质子辐照诱发合金表层由马氏体相转变为奥氏体相，并伴有Ti2Ni析出相的生成，揭示了质子辐照诱发缺陷和新相的形成及演化机理；第三，系统研究了质子辐照对TiNi合金马氏体马氏体相变特征的影响规律，研究发现随着质子辐照剂量的升高马氏体相变温度逐渐升高，揭示了质子辐照缺陷作用下的马氏体相变机制；最后，研究了质子辐照对TiNi合金力学行为以及形状记忆特性的影响规律，研究发现质子辐照导致形状恢复率显著降低，结合微观组织分析，阐明质子辐照影响TiNi合金形状记忆特性的内在本质。通过本项目研究，成功揭示了揭示质子辐照诱发缺陷和新相的形成及演化机理，并建立缺陷与晶格原子耦合作用模型，明确了质子辐照对TiNi合金马氏体相变特征的影响规律，结合微观组织分析，阐明了质子辐照影响TiNi合金形状记忆特性的物理本质，为进一步研发满足高寿命高稳定性的TiNi合金部件提供理论依据。