[發明專利]一種高Ni納米晶NiTi形狀記憶合金型材及其制備方法

有效

• 申請號: 202010521376.2
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111575534B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 郝世杰;黃詩涵;孫震;崔立山;田昀;黎昱
• 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;C22C1/02;C22F1/10;C21D9/52
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮;張德斌

本發明提供了一種高Ni納米晶NiTi形狀記憶合金型材及其制備方法。在該型材中，高Ni納米晶NiTi形狀記憶合金的化學式為Ni_aTi_100?a，51.2≤a≤55。本發明提供的上述型材的制備方法包括如下步驟：使Ni、Ti原材料依次經過熔煉、均勻化退火、熱鍛成型、塑性加工處理，制得型材初坯；對所述型材初坯進行高溫固溶處理、低溫時效處理、冷變形處理、晶化退火處理，得到所述高Ni納米晶NiTi形狀記憶合金型材。本發明的高Ni納米晶NiTi記憶合金型材中存在晶界富Ni而晶內貧Ni的成分非均勻現象。此外，該高Ni納米晶NiTi記憶合金型材能夠在?190℃至120℃的溫度范圍內具有良好的超彈特性。

技術領域

本發明涉及金屬納米材料技術領域，尤其涉及一種高Ni納米晶NiTi形狀記憶合金型材的制備方法。

背景技術

NiTi形狀記憶合金已廣泛應用于生物醫療、航空航天、汽車等領域。尤其是深空(月球、火星等)探測器對材料的輕質化和服役溫度的特殊需求，要求NiTi形狀記憶合金在寬溫域具有高超彈應力。已報道NiTi形狀記憶合金無法滿足上述要求。眾所周知，對于超彈NiTi記憶合金，增加Ni含量，可快速降低A_f(Ni原子含量每增加0.1％摩爾，A_f下降10℃)，顯著拓寬奧氏體穩定存在溫域。同時，提高固溶Ni原子含量可以阻礙應力誘發馬氏體相變，顯著提高超彈應力。由此可猜測，高Ni含量的NiTi記憶合金(如：Ni₅₂Ti₄₈ at.％)有望在寬溫域內實現高超彈應力。令人失望的是，采用傳統方法(高溫固溶+淬火)制備的高Ni-NiTi記憶合金在較寬溫度范圍內呈現拉伸脆斷，而無法展現出拉伸超彈特性。我們推測，若能提高高Ni-NiTi記憶合金斷裂強度，使得斷裂強度高于超彈應力，便可展現其超彈特性。其中，細晶強化是一種提高斷裂強度的有效方法。

研究表明，已報道的納米晶NiTi記憶合金相對于粗晶NiTi記憶合金具有超高的屈服強度或斷裂強度。然而，現有制備納米晶NiTi形狀記憶合金是通過大塑性變形加后續低溫晶化退火所得。而對于固溶態高的Ni-NiTi記憶合金，當Ni的原子百分比大于51％時，合金的塑性較差，不能進行大塑性變形加工，因此無法通過大塑性變形加后續低溫晶化退火方法實現納米晶化。因此，如何制備高Ni納米晶NiTi形狀記憶合金是當前急需解決的問題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明目的在于提供一種高Ni納米晶NiTi形狀記憶合金型材及其制備方法。

為達到上述目的，本發明提供了一種高Ni納米晶NiTi形狀記憶合金型材，其中，高Ni納米晶NiTi形狀記憶合金的化學式為Ni_aTi_100-a，51.2≤a≤55。即在高Ni納米晶NiTi形狀記憶合金，Ni的原子百分比含量為a％，Ti的原子百分比含量為(100-a)％。

根據本發明的具體實施方案，優選地，上述高Ni納米晶NiTi形狀記憶合金由均勻的NiTi納米晶組成。納米晶的晶粒平均直徑優選為5-50nm，例如10nm。

根據本發明的具體實施方案，優選地，在高Ni納米晶NiTi形狀記憶合金型材中，納米晶的晶界富Ni而晶內貧Ni，具有明顯的成分非均勻特征。

根據本發明的具體實施方案，該型材可以為絲材、板材或棒材等。

本發明還提供了上述高Ni納米晶NiTi形狀記憶合金型材的制備方法，其包括如下步驟：

使Ni、Ti原材料依次經過熔煉、均勻化退火、熱鍛成型、塑性加工處理，制得型材初坯；

對所述型材初坯進行高溫固溶處理、低溫時效處理、冷變形處理、晶化退火處理，得到所述高Ni納米晶NiTi形狀記憶合金型材。