[發(fā)明專利]一種NbTi/TiNi記憶合金復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010150612.0
• 申請日: 2010-04-16
• 公開（公告）號: CN101805843A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔立山;姜大強;姜江;郝世杰;劉明;于存;王珊;鄭雁軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京)
• 主分類號: C22C19/03
• 分類號: C22C19/03;C22C14/00;C22C1/02
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 韓蕾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種NbTi/TiNi記憶合金復(fù)合材料及其制備方法，尤其涉及 一種以NbTi相為增強相，以TiNi相為基體的，具有鑄態(tài)原位自生超細共 晶組織的記憶合金復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

TiNi基形狀記憶合金(SMA)作為一種新型金屬功能材料，因具有形狀 記憶效應(yīng)、高阻尼、超彈性等特性，其在航空航天、醫(yī)療、工業(yè)、生活等 領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。然而，TiNi記憶合金具有優(yōu)異阻尼性能時一般呈馬 氏體狀態(tài)，屈服強度只有100-200MPa，如此低的屈服強度大大限制了其在 高載荷環(huán)境下作為阻尼材料的應(yīng)用。此外，利用TiNi記憶合金超彈性制成 的微型驅(qū)動裝置也由于屈服強度較低限制了其作為智能材料的廣泛使用。

200580036111.7號中國專利申請公開了一種記憶合金纖維增強的復(fù)合 材料，其是在纖維增強聚合物復(fù)合材料中加入形狀記憶合金絲，以提高復(fù) 合材料的抗沖擊性；由于毫米級的TiNi絲比表面積小，在相變回復(fù)力作用 下，其與基體的界面存在較大剪切應(yīng)力，容易發(fā)生塑性變形或開脫，因此 人們渴望獲得比表面積大、界面結(jié)合強度高的微米或納米級TiNi記憶合金 原位自生復(fù)合材料。

以往報道的TiNi記憶合金/鋁、高分子及水泥復(fù)合材料，是將毫米級 TiNi絲復(fù)合于基體材料中使復(fù)合材料具有優(yōu)異性能，但由于毫米級TiNi絲 比表面積小，其與基體間界面在相變回復(fù)應(yīng)力作用下容易發(fā)生塑性變形或 開脫，且采用外加TiNi絲復(fù)合法難以保證TiNi在基體中分布的均勻性，影 響復(fù)合材料的功能特性(如樣品在受熱過程中易發(fā)生彎曲)。這些缺點均可 能導(dǎo)致TiNi合金的形狀記憶效應(yīng)、超彈性無法與基體充分耦合，限制人們 認知記憶合金復(fù)合材料的其他功能特性。因此如何獲得一種TiNi片細小、 比表面積大、分布均勻、與基體結(jié)合強度高的記憶合金復(fù)合材料使其既具 備記憶合金智能復(fù)合材料所具有的屬性，又能解決以往記憶合金復(fù)合材料 存在的缺點，同時又具有較高的強度，尤其是較高的屈服強度，能夠滿足 高載荷工作環(huán)境的要求的記憶合金復(fù)合材料，仍是本領(lǐng)域目前亟待解決的 問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種NbTi/TiNi記憶合金 復(fù)合材料，通過NbTi相對TiNi基體的增強，得到一種具有鑄態(tài)原位自生 超細共晶組織的記憶合金復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有較高的屈服強度、應(yīng) 變軟模、線性超彈、雙應(yīng)力平臺等功能特性。

本發(fā)明的目的還在于提供上述NbTi/TiNi記憶合金復(fù)合材料的制備方 法，通過將金屬單質(zhì)進行熔煉制備得到NbTi/TiNi記憶合金復(fù)合材料。

為達到上述目的，本發(fā)明首先提供了一種NbTi/TiNi記憶合金復(fù)合材 料，以該記憶合金復(fù)合材料的總量計，其包括以下成分：原子百分比為 18-22％(優(yōu)選為20at％)的Nb元素，以及原子比為0.3∶1-1.5∶1的Ti元 素和Ni元素，Ti、Ni和Nb三種元素的原子百分比之和為100％。

本發(fā)明提供的NbTi/TiNi記憶合金復(fù)合材料是以NbTi相為增強相、以 TiNi相為基體的記憶合金復(fù)合材料，NbTi相中含有少量的Ni，TiNi相中含 有少量的Nb，其中，NbTi相可以以球狀、纖維狀(線狀)或片狀等形態(tài)存 在于TiNi基體中，并且，NbTi相的尺寸可以達到納米級別，因此，本發(fā)明 提供的NbTi/TiNi記憶合金復(fù)合材料可以稱為是一種NbTi納米相增強TiNi 記憶合金復(fù)合材料。在本發(fā)明的具體技術(shù)方案中，NbTi/TiNi記憶合金復(fù)合 材料是以Ti、Ni、Nb金屬單質(zhì)為原料，通過熔煉制備，在熔煉過程中，NbTi 相會以原位自生的方式形成于TiNi基體中，形成鑄態(tài)原位自生超細共晶組 織，NbTi相和TiNi相兩相界面結(jié)合良好，具有很高的界面結(jié)合強度。

為了使NbTi/TiNi記憶合金復(fù)合材料中不產(chǎn)生Ti₂Ni，Ni₃Ti等脆性相， 同時又具有較高的冷變形加工能力，該記憶合金復(fù)合材料的Ti和Ni的原子 比可以控制為0.3∶1-1.5∶1，優(yōu)選地可以將Ti元素和Ni元素的原子比控 制為0.8∶1-1.2∶1，其余均為Nb元素，Ti、Ni、Nb三種元素的原子百分 比之和為100％。