本论文系统研究了致密Ti-Ni合金负热膨胀(NTE)行为及其影响因素,以期丰富目前非常有限的关于Ti-Ni合金负膨胀行为的实验认知和理论描述,并为在工程应用中实现材料热膨胀行为的调控提供参考。本论文利用非自耗真空电弧熔炼法结合快速凝固技术成功制备出一系列名义成分为Ti100-xNix(x=33.3~51.0)的熔铸态与吸铸态合金;采用显微表征(SEM)、物相分析(XRD)和热分析(DSC)等全面表征了合金的显微组织、物相结构以及相变行为,探究了合金物相及组织特征对材料NTE行为的影响规律及作用机制,并阐明了Ti-Ni合金马氏体相变与合金热膨胀行为的内在关联;在上述研究基础上,进一步研究了不同成分Ti-Ni合金NTE行为的热循环稳定性。研究结果表明,富Ti含量Ti-Ni合金中的主要物相为NiTi(B19′)马氏体相及Ti2Ni相;Ti2Ni相体积分数随Ni含量增加呈线性变化,并符合杠杆定律。熔铸态与吸铸态合金凝固组织具有明显的择优生长特征,当Ni含量小于46.0at.%时,NiTi相呈枝晶状沿平行于熔铸态合金最大冷却速率方向定向分布;Ni含量大于46.0at.%时,Ti2Ni呈条状定向分布。吸铸态样品沿最大冷却速率方向生成辐射状分布的NiTi相及Ti2Ni相。富Ti含量熔铸态与吸铸态合金中只存在B19′?B2单步马氏体相变,相变热滞不随Ni含量变化,而马氏体与奥氏体转变热焓均随Ni含量增加呈线性增加,且相同成分熔铸态合金的相变热焓及热滞均大于吸铸态合金。Ti-Ni合金在升温与降温过程中均存在NTE响应,且由于合金显微组织及成分的影响,富Ti含量Ti-Ni合金的NTE行为具有明显的各向异性。在升温阶段,随Ni含量增加,熔铸态与吸铸态合金沿平行于最大冷却速率方向的负热膨胀系数(NCTEs)绝对值均呈不断增大趋势;而沿垂直于最大冷却速率方向的NCTEs绝对值则随Ni含量增加呈先增大后减小规律,并均在Ti54Ni46处具有最大值。经时效处理后的富Ni含量Ti-Ni合金中也存在NTE行为,其NTE行为源于B19′?R转变引起的体积变化;随着时效时间增加,熔铸态Ti49Ni51合金的NCTEs绝对值呈减小趋势。在经热循环处理后,富Ti含量Ti-Ni合金始终存在NTE行为,且经过一定次数热循环处理后NCTEs及负热膨胀温度区间(?TNTE)趋于稳定;而等原子比Ti-Ni合金随着热循环次数增加在升温过程发生NTE→近零膨胀(NZTE)→正膨胀(PTE)的变化,降温过程中则始终存在NTE行为。