[發明專利]一種W/TiNi記憶合金復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611126346.1
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106756377B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 崔立山;邵陽;郝玉庭;姜大強;蔣小華;焦淑靜
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: C22C27/04
• 分類號: C22C27/04;C22C30/00;C22C1/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮

本發明提供了一種W/TiNi記憶合金復合材料及其制備方法。以該記憶合金復合材料原料的總量計，其包括以下成分：體積分數為30?95％的鎢元素，以及原子比為50：50?40：60的Ni元素和Ti元素，Ti、Ni和W三種元素的原子百分數之和為100％。本發明提供的W/TiNi記憶合金復合材料鎢元素的體積分數最高可達95％，鑄態下鎢顆粒均勻的分布在NiTi基體中，且具有TiNi記憶合金所具備的可逆馬氏體相變等特點。

技術領域

本發明涉及一種W/TiNi記憶合金復合材料及其制備方法，屬于金屬復合材料制備技術領域。

背景技術

TiNi形狀記憶合金因具有形狀記憶效應、高阻尼性、超彈性、腐蝕抗性和生物相容性等特性而在航空航天、醫療工業、生活等領域獲得了廣泛應用。然而利用TiNi記憶合金超彈性制成的各種醫療器械和結構部件因其屈服強度較低，限制了它作為功能材料在需求高強度場合下的使用。金屬鎢具有超高彈性模量，高X射線可視性及良好的生物相容性，若將其與NiTi記憶合金結合，即可望獲得高性能復合材料，在醫療、航天等重要鄰域開拓其新的用途。

然而鎢的熔點高達3400℃，屬于難熔金屬材料，如果采用超高溫熔煉直接結合鈦、鎳和鎢來制備W/TiNi記憶合金復合材料，不僅耗費成本，更重要的是高達3400℃的溫度會引起金屬鈦和鎳的嚴重揮發，這種直接熔煉幾乎是不可執行的，不適于在實際中應用。而采用將單質鎢和部分單質鎳熔煉成鎳鎢中間合金，然后再加入單質鈦和剩余的單質鎳熔煉得到W/TiNi記憶合金復合材料的方法，鎢元素的體積分數為最多僅為12％，鎢元素在復合材料中并不能充分體現其增強的作用。

因此，研發一種低成本、易實行、制備過程中鎳元素和鈦元素幾乎不損失且能充分提高W/TiNi記憶合金復合材料中鎢的體積分數的工藝，仍是本領域目前亟待解決的問題之一。

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W/TiNi記憶合金復合材料，該復合材料是一種鎢元素體積分數較高的W/TiNi記憶合金復合材料，通過以鎢對TiNi相進行增強，具有較高強度及較高X射線可視性。

本發明的目的還在于提供上述W/TiNi記憶合金復合材料的制備方法，通過將TiNi合金塊和鎢粉末“熔滲”加“熱壓”的方法制備得到W/TiNi記憶合金復合材料。

為達到上述目的，本發明首先提供了一種W/TiNi記憶合金復合材料，以該記憶合金復合材料的原料總量計，其原料包括以下成分：體積分數為30％-95％的W元素，以及原子比為50：50-40：60的Ni元素和Ti元素，Ti、Ni和W三種元素的原子百分數之和為100％。其中，所述鎢元素的體積分數優選為50-90％。

本發明提供的W/TiNi記憶合金復合材料由鎢增強相和TiNi基體組成，鎢相中含少量Ti，其中，鎢相以球狀分布于TiNi基體中，鎢相的直徑為微米級。金屬鎢具有超高模量和高X射線可視性，本發明將其添加到TiNi記憶合金材料中得到新的W/TiNi記憶合金復合材料，鎢能夠對TiNi基體起到增強的作用，同時還可以使該復合材料具有較高的X射線可視性。

本發明還提供了上述W/TiNi記憶合金復合材料的制備方法，其包括以下步驟：

步驟一：按W/TiNi記憶合金復合材料的原料配比選取純度在99wt.％以上的單質鈦、純度在99wt.％以上的單質鎳、純度在99wt.％以上的顆粒度小于50微米的鎢單質粉末，優選的小于10微米；

步驟二：將全部單質鎳和全部單質鈦放入惰性氣體保護的熔煉爐中，熔煉成Ni元素和Ti元素原子比為50：50-40：60的TiNi合金塊；

步驟三：將所述鎢粉末、圓柱形TiNi合金塊按照由下到上：圓柱石墨壓頭、鎢粉末、圓柱形TiNi合金塊、圓柱石墨壓頭的順序置于中空圓柱形石墨模具中；