[發明專利]一種鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201210159967.5
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN102690976A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 李巖;薛朋飛;張菲;徐惠彬
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C30/00;C22C1/02;C22F1/00;C22F1/18
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本發明屬于形狀記憶合金技術領域，涉及一種鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金材料，通過在鈦鋯鈮基合金中添加鐵，可以在較大的溫度范圍內調整合金的馬氏體相變溫度，提高合金的形狀記憶性能，獲得較大的相變超彈性。

背景技術

TiNi形狀記憶合金以其獨特的形狀記憶效應和超彈性，在生物醫用、工業和生活等眾多領域得到應用。但是溶出的Ni離子具有細胞毒性，易引起人體過敏反應，因此發展新型無Ni形狀記憶合金成為當今研究熱點之一。

二元TiZr合金具有較好綜合高溫性能，其馬氏體相變溫度隨合金成分的不同可以在600℃~880℃范圍內變化，并且具有最大1%的高溫形狀記憶性能。申請號為2006101134437的專利申請文件中公開了一種鈦鋯鐵形狀記憶合金材料，該合金材料由原子百分比為40%～60%的鈦、40%～55%的鋯和0.2～5%的鐵組成。該合金材料室溫屈服強度較低，僅為150～300MPa，形狀記憶效應約1.1%，在室溫條件下不具有超彈性。申請號為2007101755085的專利申請文件中公開了一種鈦鋯鈮錫高溫形狀記憶合金材料及其制備方法，所述材料由30～40at%的鋯、0.2～10at%的鈮、5~10at%的錫和余量的鈦組成，上述各成份的含量之和為100%。該合金形狀記憶效應稍有提高，約1.5%，室溫屈服強度為350～750MPa，也未見室溫超彈性的報道。而良好的形狀記憶效應和室溫超彈性是功能性生物材料重要的特征，在生物醫用領域具有廣泛的應用前景。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的不足，在Ti-20Zr-10Nb(at.%)合金基礎上，添加合金元素Fe，從而制得了具有良好的形狀記憶效應和超彈性性能的四元鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金。一方面，本發明提供的形狀記憶合金可以在較大溫度范圍（-50~650℃）內調整馬氏體相變溫度，其最大形狀記憶效應可達4.1%，明顯高于Ti-20Zr-10Nb合金；另一方面，在室溫條件下具有較好的超彈性，最大為3.1%。本發明提供的一種鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金材料，由原子百分比為10%~40%的鋯(Zr)、5%~20%的鈮(Nb)、0.1%~10%的鐵(Fe)和余量的鈦(Ti)組成，并且上述各成分的含量之和為100%。其中Fe的含量優選為0.5at.%~5at.%；進一步優選為0.5at.%～3at.%。優選實施例中，所述的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金材料為Ti₇₀Zr_20-xNb₁₀Fe_x，0.5≤x≤1.0。

所述的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金，其具體成份組成如下表1所示：

表1優選實施例合金組分

所述的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金，其馬氏體相變溫度為-50℃~650℃，形狀記憶效應為3%~4.1%，室溫超彈性為2.1%~3.1%；在室溫的屈服強度為540~1000MPa，延伸率為11%~30%。

本發明還提供一種鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金的制備方法，包括以下步驟：

第一步：按照鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金材料的成分配比稱取原料。

第二步：將上述稱取的鈦、鋯、鈮和鐵原料進行真空熔煉，條件為抽真空至2×10^-3Pa～5×10^-3Pa，充入高純氬氣至1×10⁴～3×10⁴Pa，在1700°C～2000°C熔煉成鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金錠材；

第三步：將上述制得的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金錠材放于真空熱處理爐內進行熱處理，在真空度2×10^-3Pa～5×10^-3Pa，熱處理溫度800°C～900°C保溫1~2小時，然后水中淬火，即得到本發明的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金材料。

本發明鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金材料的優點：

1、在鈦鋯鈮基合金的基礎上，添加合金元素Fe，以實現寬范圍的馬氏體相變溫度調整，該類合金的馬氏體相變溫度范圍為-50℃~650℃。

2、本發明的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金材料形狀記憶性能高，最大形狀記憶效應為4.1%。

3、本發明的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金材料在室溫條件下具有良好的超彈性，最大室溫超彈性3.1%，屈服強度為540MPa~1000MPa，延伸率11~30%。