[發明專利]Nb納米帶/馬氏體態NiTi記憶合金基體復合絲材及其制法

有效

• 申請號: 201510251208.5
• 申請日: 2015-05-18
• 公開（公告）號: CN104946931B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 郝世杰;崔立山;郭芳敏;姜大強
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: C22C19/03
• 分類號: C22C19/03;C22C30/00;C22C1/02;C22F1/10;C22F1/16
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 姚亮

技術領域

本發明涉及一種Nb納米帶/馬氏體態NiTi記憶合金基體復合材料絲材及其制備方法，屬于復合材料領域。

背景技術

金屬材料的物理及化學性能是彈性應變的函數，如果金屬材料可呈現超大彈性應變，不僅使其具有超高強度(彈性模量×彈性應變)，而且可望使其具有特異的物理及化學性能。然而，傳統塊體金屬材料的彈性應變極限通常小于1％，因彈性應變小而不能顯著改變物理及化學性能。已有研究表明，單個自由態納米線可呈現超大彈性應變(4-7％)，但由于其尺寸小而應用受限。可將納米線與其它金屬構成復合材料，但納米線在傳統金屬復合材料中卻失去其本征超大彈性應變(～1.5％)。最近，報道了一種Nb納米線/超彈態NiTi記憶合金復合材料(Science?339，1191，2013)，首次發現，在加載過程中，Nb納米線呈現出超大拉伸彈性應變(4.2-6.5％)，在卸載過程中，Nb納米線的超大拉伸彈性應變被釋放，使得在卸載后的自由態復合材料中納米線的超大拉伸彈性應變不能被保留，而限制其應用。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種Nb納米帶/馬氏體態NiTi記憶合金基體復合材料絲材及其制備方法。該復合材料絲材及其制備方法能夠在自由態塊體復合材料中保留Nb納米帶的超大拉伸彈性應變，利用該超大拉伸彈性應變能夠提高自由態復合材料的超導性能。

為達到上述目的，本發明首先提供了一種Nb納米帶/馬氏體態NiTi記憶合金基體復合材料絲材，該復合材料絲材包括納米尺度Nb相與NiTi基體相，以該復合材料絲材的總量計，其包括以下成分：原子百分比為7-15％的Nb元素，以及原子比為(0.8:1)-(1.2:1)的Ti元素和Ni元素，Ti、Ni和Nb三種元素的原子百分數之和為100％；

所述復合材料絲材是通過以下步驟制備得到的：

按照所述Nb納米帶/馬氏體態NiTi記憶合金基體復合材料絲材的成分配比選取純度在99wt.％以上的單質鎳、鈦、鈮；

將選取的單質鎳、鈦、鈮放入真空度高于10^-1Pa或惰性氣體保護的熔煉爐中進行熔煉，然后進行澆鑄，得到Nb/NiTi鑄錠；

在真空度高于10^-1Pa的真空中或惰性氣體保護中對該鑄錠進行均勻化退火處理；

將經均勻化退火處理后的鑄錠進行熱鍛成型；

對熱鍛后的型材進行塑性加工、退火處理及拉伸循環變形處理，其中，所述拉伸循環變形處理包括：對經塑性加工和退火處理后的退火態復合材料進行至少一次(優選為一次)單軸拉伸加載-卸載循環變形，變形量為1-9％，得到所述的Nb納米帶/馬氏體態NiTi記憶合金基體復合材料絲材。

本發明提供的復合材料絲材由納米尺度Nb相和NiTi基體相組成，納米尺度Nb相為帶狀，NiTi基體相由自適應馬氏體多變體組成，納米尺度Nb相中含有少量的Ti和Ni，NiTi相中含有少量的Nb。

在上述的復合材料絲材中，優選地，所述Nb納米帶的厚度為5-50納米，寬度為20-200納米。

另一方面，本發明還提供一種上述的Nb納米帶/馬氏體態NiTi記憶合金基體復合材料絲材的制備方法，其包括以下步驟：

按照所述Nb納米帶/馬氏體態NiTi記憶合金基體復合材料絲材的成分配比選取純度在99wt.％以上的單質鎳、鈦、鈮；

將選取的單質鎳、鈦、鈮放入真空度高于10^-1Pa或惰性氣體保護的熔煉爐中進行熔煉，然后進行澆鑄，得到Nb/NiTi鑄錠；

在真空度高于10^-1Pa的真空中或惰性氣體保護中對該鑄錠進行均勻化退火處理；

將均勻化退火處理后的鑄錠進行熱鍛成型；

對熱鍛后的型材進行塑性加工、退火處理及拉伸循環變形處理，其中，所述拉伸循環變形處理包括：對經塑性加工和退火處理后的退火態復合材料進行至少一次(優選為一次)單軸拉伸加載-卸載循環變形，變形量為1-9％，得到所述的Nb納米帶/馬氏體態NiTi記憶合金基體復合材料絲材。

在熔煉過程中，Nb相會以原位自生的方式形成于NiTi基體中，獲得具有亞共晶組織的Nb/NiTi鑄錠。Ti、Ni的原子比控制在(0.8:1)-(1.2:1)的特定比例，并使其余均為Nb元素，Ti、Ni、Nb三種元素的原子百分比之和為100％，能夠使得到的鑄錠具良好的塑性變形能力。

在上述的制備方法中，優選地，對鑄錠進行均勻化退火處理的溫度為800-1000℃，時間為5-50小時，以改善鑄錠的組織狀態并利于后續塑性加工。