[發明專利]一種適用于4D打印鎳鈦形狀記憶合金的加工方法

有效

• 申請號: 201910080768.7
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109746445B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 文世峰;劉洋;周燕;史玉升;王沖;胡輝;陳柯宇;甘杰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24;C22C19/03;B33Y10/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;曹葆青

本發明屬于合金成型制造相關技術領域，其公開了一種適用于4D打印鎳鈦形狀記憶合金的加工方法，該加工方法包括以下步驟：(1)采用SLM打印成形4D打印鎳鈦形狀記憶合金零件；其中，所述4D打印鎳鈦形狀記憶合金零件的材料是由鎳和鈦組成的鎳鈦合金，以質量分數計，鎳的質量分數為55％～56％；鈦的質量分數為44％～45％；(2)將所述4D打印鎳鈦形狀記憶合金零件加熱至300℃～700℃，并保溫30min～90min；(3)將所述4D打印鎳鈦形狀記憶合金零件冷卻至室溫，由此完成所述4D打印鎳鈦形狀記憶合金零件的加工。本發明流程簡單，易于實施，靈活性較好，適用性較強。

技術領域

本發明屬于合金成型制造相關技術領域，更具體地，涉及一種適用于4D打印鎳鈦形狀記憶合金的加工方法。

背景技術

隨著形狀記憶合金的飛速發展，鎳鈦基合金以其優良的形狀記憶效應、超彈性以及良好的機械性能而得到了最廣泛研究及應用。由于制造技術的不斷發展和進步，學者們對記憶合金的研究開始逐漸深入，文獻指出為了使鎳鈦記憶合金在加工后擁有更好的形狀記憶效應和超彈性，通常記性三種熱處理工藝，即中溫處理(冷加工后于400℃～500℃保溫)、低溫處理(完全退火后加工成型，再于200℃～300℃保溫)、高溫處理(800℃～1000℃均勻處理后急冷，再于400℃左右保溫)，中溫處理和高溫處理能提高滑移變形的臨界應力，易獲得良好的形狀記憶效應和超彈性性能。

4D打印技術自2013年被提出后，便受到了廣泛的關注，4D打印技術是3D打印技術與智能材料相結合的產物，4D打印出的成品通過外界的刺激發生形狀、性能和功能的變化，并輔以教學建模方法得以實現特定的改變，從而使其滿足各個領域中的應用需求。在生物醫療方面，4D打印形狀記憶合金可作為骨科內固定手術器械的制造材料，可制造形狀記憶和基金“長骨接骨板”、“髕骨爪”等系列骨科內固定手術器械。目前發現具有“記憶”形狀能力的合金已達80種，被應用的主要是鎳鈦形狀記憶合金材料。

但是，目前4D打印鎳鈦合金的研究還處于起步階段，工藝參數對相變特性、力學性能、孔隙率和幾何特征有很大影響，然而，幾乎未見關于4D打印鎳鈦形狀記憶合金的形狀記憶效應和超彈性的研究。相應地，本領域存在著發展一種能夠提高4D打印鎳鈦形狀記憶合金的超彈性的適用于4D打印鎳鈦形狀記憶合金的加工方法的技術需求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種適用于4D打印鎳鈦形狀記憶合金的加工方法，其基于現有4D打印鎳鈦形狀記憶合金的制備特點，研究及設計了一種能夠提高4D打印鎳鈦形狀記憶合金超彈性的適用于4D打印鎳鈦形狀記憶合金的加工方法。所述加工方法通過采用合理的工藝條件，提高了4D打印鎳鈦形狀記憶合金的超彈性及形狀記憶效應，流程簡單，易于實施，靈活性較好，適用性較強。

為實現上述目的，本發明提供了一種適用于4D打印鎳鈦形狀記憶合金的加工方法，該加工方法包括以下步驟：

(1)采用SLM打印成形4D打印鎳鈦形狀記憶合金零件；其中，所述4D打印鎳鈦形狀記憶合金零件的材料是由鎳和鈦組成的鎳鈦合金，以質量分數計，鎳的質量分數為55％～56％；鈦的質量分數為44％～45％；

(2)將所述4D打印鎳鈦形狀記憶合金零件加熱至300℃～700℃，并保溫30min～90min；

(3)將所述4D打印鎳鈦形狀記憶合金零件冷卻至室溫，由此完成所述4D打印鎳鈦形狀記憶合金零件的加工。

進一步地，采用SLM打印成型時的參數為：激光功率為150W～250W，掃描速度為1000mm/s～1400mm/s，層厚為30μm～40μm，掃描間距為80～120μm。

進一步地，步驟(2)中，將所述4D打印鎳鈦形狀記憶合金零件放于高溫箱式爐內；接著，以80℃/h的升溫速率將所述高溫箱式爐升溫至300℃～700℃。

進一步地，所述高溫箱式爐內通入氬氣以作為保護氣體。