[發明專利]一種超高強塑性TiNiNbMo形狀記憶合金的快速凝固制備方法

有效

• 申請號: 201410548306.0
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104294066A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 姜海昌;孫紅丁;付華萌;閆德勝;陳勝虎;宋元元;趙明久;戎利建
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C14/00;B22D11/06
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及一種超高強塑性TiNiNbMo形狀記憶合金的快速凝固制備方法，屬于功能材料領域。

背景技術

形狀記憶合金由于特殊的形狀記憶效應、良好的力學性能以及生物兼容性而被人們廣泛的關注，用形狀記憶合金制成的元件在機械、電子、化工、機械、宇航和醫療等諸多領域有了廣泛的應用，其中尤以TiNi合金因其良好的耐蝕性、重量輕、強度高而應用最廣。有人預測在不久的將來，TiNi基形狀記憶合金制作的智能驅動器等智能元件在機械、化工等領域將被大規模應用，為此需要在保證材料形狀記憶效應的前提下不斷提高材料的綜合力學性能。因此，研制兼有良好形狀記憶效應以及綜合性能的NiTi基形狀記憶合金，以滿足未來先進工業技術發展需要具有重要的意義。

銅模真空吸鑄法由于其較快的冷卻速度以及可改變材料制備尺寸等諸多優點而受人們重視，通過合理的參數設置，可以制備組織致密、力學性能良好的鑄錠材料，并且可以節約金屬材料。國內外學者通過銅模真空吸鑄法研究了TiNi、TiNiCu等多種TiNi基材料，取得了一定的進展，但是強度、塑性以及記憶效應三者難以兼顧，綜合性能并未得到明顯的提高。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種超高強塑性TiNiNbMo形狀記憶合金的快速凝固制備方法，采用該技術可在盡量保證材料形狀記憶性能的前提下，使得材料的綜合力學性能大幅度的提高。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種超高強塑性TiNiNbMo形狀記憶合金的快速凝固制備方法，采用氬氣保護下的高溫液態合金在壓力差作用下被吸入到外部帶有冷卻介質的銅模中直接成型，并通過合金成分優化，利用其高冷速提高溶質原子的固溶度，進而提高材料的強度，具體工藝步驟如下：

(1)根據銅模大小切取足夠質量的TiNiNbMo合金，并對合金表面進行處理，隨后用丙酮、酒精進行超聲波清洗，烘干除水備用；

(2)將預處理好的合金材料裝入真空電弧爐中，并在氬氣保護下加熱至完全融化；

(3)將熔融合金在石英管中保溫1～3h，保證合金的成分均勻，盡量減少偏析；

(4)熔融合金在與銅模連接真空管與熔池的壓力差下被吸入水冷銅模中冷卻，開模取出。

所述的超高強塑性TiNiNbMo形狀記憶合金的快速凝固制備方法，合金成分為Ti：42～47％；Nb：4.5～9％；Mo：0.1～2.5％；余量為Ni。

所述的超高強塑性TiNiNbMo形狀記憶合金的快速凝固制備方法，合金的液態金屬冷卻速度為100K/s～10⁵K/s。

所述的超高強塑性TiNiNbMo形狀記憶合金的快速凝固制備方法，合金加熱融化需重復5～6次。

所述的超高強塑性TiNiNbMo形狀記憶合金的快速凝固制備方法，在氬氣保護下加熱至完全融化的溫度為1350℃～1500℃，所述的合金吸入過程需提高熔融合金的溫度至1400～1550℃，增大合金的流動性，使合金充模完全。

所述的超高強塑性TiNiNbMo形狀記憶合金的快速凝固制備方法，合金制備中的銅模形狀根據需要設計。

與現有技術相比，本發明的優點及有益效果是：

1、本發明TiNiNbMo形狀記憶合金具有良好的流動性，鑄錠的致密性好，且鑄錠在保證形狀記憶效應的前提下，與現有材料相比，綜合力學性能大幅度的提高，有利于材料在未來智能驅動器及其他領域的應用。

2、本發明采用TiNiNbMo形狀記憶合金，通過成分優化，采用銅模真空吸鑄法提高Nb和Mo在TiNi基體中的固溶度，減少共晶組織的形成，對基體固溶強化，在盡量保證材料形狀記憶效應的前提下，使得材料的綜合力學性能得到大幅度的提高。

3、本發明獲得超高強塑性TiNiNbMo形狀記憶合金的技術指標是：壓縮屈服強度范圍為750～1000MPa，壓縮斷裂強度范圍為3～5GPa，延伸率范圍為40％～50％。在-110℃～-100℃時，壓縮屈服強度范圍為700～900MPa，壓縮斷裂強度范圍為2～3GPa。在-110℃～-100℃的形狀記憶效應，壓縮應變范圍為5～10％時，形狀記憶回復率范圍為70～90％。

附圖說明

圖1為銅模真空吸鑄法做出的Ti_46.1Ni_43.4Nb₉Mo_1.5實物樣品圖。