[發明專利]一種鎳鈦形狀記憶合金大規格鑄錠精細熔煉提純方法

在審

• 申請號: 202010170930.7
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111254318A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 牛中杰;梁振偉;梁園園
• 申請（專利權）人: 西安華創新材料有限公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C19/03;C22C1/02;C22B9/22;B22D11/14
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 陳娟

本發明公開了一種鎳鈦形狀記憶合金大規格鑄錠精細熔煉提純方法，包括以下步驟：步驟1)準確稱量經過檢驗合格的原材料，原材料為海綿鈦和電解鎳，其中海綿鈦的重量百分比為43.0wt.％～45.5wt.％，電解鎳的重量百分比為54.5wt.％～57.0wt.％；步驟2)將原材料裝入真空中頻感應熔煉爐的坩堝中進行精煉，接著澆注入鑄模中，從鑄模中取下即為一次鑄錠；步驟3)將步驟2)中的一次鑄錠進行表面處理，再將一組或多組一次鑄錠組合進行焊接組成二次電極；步驟4)將步驟3)中的二次電極放入電子束冷床熔煉爐進行二次精細熔煉提純，取出后即得到鎳鈦形狀記憶合金大規格鑄錠。

技術領域

本發明屬于合金鑄錠熔煉技術領域，尤其涉及一種鎳鈦形狀記憶合金大規格鑄錠精細熔煉提純方法。

背景技術

鎳鈦形狀記憶合金具有奇特的形狀記憶效應和超彈性、優良的耐磨、耐腐蝕和阻尼性能以及良好的機械性能，其應用范圍非常廣泛，涉及機械、電子、化工、能源、建筑、醫療和航空航天等領域。鎳鈦形狀記憶合金材料的制造，鑄錠的獲得是材料制造的第一步，鑄錠成分的均勻性、低雜質、尺寸大小以及成品率都是重要的研究方向。目前鎳鈦形狀記憶合金的熔煉有兩種方法：一種是通過真空中頻感應熔煉，另一種是真空中頻感應熔煉+真空自耗電極電弧熔煉；真空中頻感應熔煉在成分的均勻性方面比較好，但是鎳鈦合金澆注后鑄錠的尺寸規格較小，成品率較低，而且生產效率較低；而真空自耗電極電弧熔煉能夠解決大規格鑄錠的問題，但鎳和鈦元素密度差別大，熔煉所產出的鑄錠的成分均勻性較差，存在疏松、縮孔等冶金缺陷。

目前，關于鎳鈦形狀記憶合金鑄錠的熔煉新技術研究較少，大多提出的方法是增大中頻感應爐的功率以及坩堝容量來實現鎳鈦形狀記憶合金大規格鑄錠的生產，澆注成品率相對較低，存在鑄錠均勻性差、空隙率大、雜質含量高的問題。在鎳鈦形狀記憶合金的精細熔煉提純方面，有采用加氧化鈣脫氧的方法降低氧含量，但會產生大量浮渣，增大空隙率，并且雜質含量也增大。因此，必須尋找一種獲得成分均勻、單重大、低雜質、成品率高的熔煉方法，還要使得鎳鈦合金的鐵、氮、氧等雜質含量做到較低的水平，滿足醫用鎳鈦合金植入物材料的苛刻要求。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種鎳鈦形狀記憶合金大規格鑄錠精細熔煉提純方法，克服了現有技術中1：真空中頻感應熔煉在鎳鈦合金澆注后鑄錠的尺寸規格較小，成品率較低，而且生產效率較低，所產出鎳鈦合金的鐵、氧、氮等雜質含量相對較高，無法滿足醫用鎳鈦合金植入物材料的苛刻要求；2：真空自耗電極電弧熔煉使得鎳和鈦元素密度差別大直接進行熔煉所產出的鑄錠的成分均勻性較差，無法進行部分雜質元素的提純，存在疏松、縮孔等冶金缺陷；3：采用加氧化鈣脫氧的方法降低氧含量，但會產生大量浮渣，增大空隙率，并且雜質含量也增大；4：鎳鈦合金中鎳鈦密度差別大容易出現偏析和嚴重影響相變溫度等問題。

為了解決技術問題，本發明的技術方案是：一種鎳鈦形狀記憶合金大規格鑄錠精細熔煉提純方法，包括以下步驟：

步驟1)準確稱量經過檢驗合格的原材料，原材料為海綿鈦和電解鎳，其中海綿鈦的重量百分比為43.0wt.％～45.5wt.％，電解鎳的重量百分比為 54.5wt.％～57.0wt.％；

步驟2)將原材料裝入真空中頻感應熔煉爐的坩堝中進行精煉，接著澆注入鑄模中，從鑄模中取下即為一次鑄錠；

步驟3)將步驟2)中的一次鑄錠進行表面處理，再將一組或多組一次鑄錠組合進行焊接組成二次電極；

步驟4)將步驟3)中的二次電極放入電子束冷床熔煉爐進行二次精細熔煉提純，取出后即得到鎳鈦形狀記憶合金大規格鑄錠。

優選的，所述步驟1)中的海綿鈦為0A級海綿鈦，電解鎳為1#電解鎳，所述海綿鈦和電解鎳均可以利用其他添加元素進行替代，其他添加元素為鉻、鈷、釩、銅、鐵、鈮元素中的一種或幾種，所述鉻、鈷、釩元素可替代海綿鈦或電解鎳的重量百分比為0.2wt.％～0.6wt.％，銅、鐵、鈮元素可替代海綿鈦或電解鎳的重量百分比為1.0wt.％～8.0wt.％。