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导读

采用自蔓延高温合成(SHS)方法，在封闭和开放的气体流动反应器中以及氩气保护气氛下逐层燃烧，制备了多孔NiTi合金。封闭反应器合成的多孔NiTi合金的最大压缩应变为34%，而开放气流反应器合成的最大压缩应变为7%。X射线衍射、差示扫描量热法、扫描电镜、能量色散光谱和光学显微镜分析表明，包晶结晶两相区的反应产物在TiNi基体中以孤立的Ti2Ni晶簇的形式存在。在封闭反应器中，采用SHS法制备了力学性能较好的多孔NiTi合金。

通过自蔓延高温合成(SHS)获得的NiTi多孔合金作为骨种植材料已在临床应用了30多年，其具有生物化学和生物力学相容性，高耐腐蚀性，渗透性和可制造性而被广泛应用。多孔SHS-NiTi合金在结构和性能方面与其他方法制备的合金有很大不同，因此研究NiTi合金的力学性能非常重要。

影响SHS宏观动力学和合金性能的方法之一是通过改变合成过程中从流动到循环的反应气体的运动方向，从而减少逐层燃烧法的热损失。然而，该方法鲜有被报道。基于此，俄罗斯托木斯克国立大学联合美国南佛罗里达大学的团队研究了反应气体热作用使多孔NiTi合金相组成均匀化和塑性提高的可能性，比较了在开放气热流和封闭反应器中合成的多孔试样的相组成以及在开放反应器中获得的试样在真空中退火后的性能，并形成了有根据的结论。相关研究成果以题为“Plasticity of Porous NiTi Alloys Obtained by Self-propagating High-temperature Synthesis in Closed and Open Gas Flow Reactors”发表于期刊《Materials and Manufacturing Processes》。

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通过XRD和DSC方法对多孔合金样品进行研究，结果发现多孔合金的主要相为TiNi金属间化合物，在室温以上热循环过程中发生可逆马氏体转变。EDS图谱和SEM研究表明，该合金含有两相包晶区(TiNi+Ti2Ni)，在开放反应器中合成时为枝晶态，在封闭反应器中合成时为结晶态。

多孔SHS-TiNi的压缩试验结果表明，由于额外25%的塑性变形，在封闭反应器中获得的试样累积的变形是在开放反应器中试样的5倍。Ti2Ni相的刚性枝晶阻止了基体的塑性变形，提高了试样的有效刚度，减少了多孔试样的累积塑性变形。而Ti2Ni晶体的累积并不会限制TiNi晶粒的塑性变形，也不会增加多孔试样的有效刚度。

通过光学显微镜观察1 210 °C的真空中退火30 min后的试样，发现包晶区的两相枝晶发生再结晶，变为结晶的两相区。以上结果表明，由于反应气体的额外热贡献，封闭反应器中的SHS可以获得具有更完美相组成且更具延展性的多孔NiTi合金。

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