[發明專利]一種基于選擇性溶解的多孔NiTi合金的制備方法及產品

有效

• 申請號: 202010670998.1
• 申請日: 2020-07-13
• 公開（公告）號: CN111850327B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 郭威;邵雨曼;鄭偉杰;趙覓;吳樹森;呂書林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C1/08;C22C19/03;C23F1/30;C23F1/44
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 張彩錦;梁鵬

本發明屬于多孔合金制備領域，并具體公開了一種基于選擇性溶解的多孔NiTi合金的制備方法及產品，其通過在Ni?Ti二元合金中添加Gd元素，利用Gd元素能夠與Ni元素反應而不與Ti元素反應的特點，使得合金中只生成Ni?Ti和Ni?Gd相，然后利用酸溶液選擇性腐蝕去除Ni?Gd相以獲得孔隙均勻且可控的多孔NiTi合金。本發明可制備孔隙尺寸小且分布均勻的多孔NiTi合金，具有操作過程簡便、成本較低的優點。

技術領域

本發明屬于多孔合金制備領域，更具體地，涉及一種基于選擇性溶解的多孔NiTi合金的制備方法及產品。

背景技術

近等原子比的NiTi合金具有獨特的形狀記憶效應、超彈性、優異的斷裂韌性、抗腐蝕性、生物相容性及阻尼性能等，因此其在生物醫學、建筑、橋梁、高速列車等方面具有廣泛的應用前景。然而，NiTi合金密度較大，難以滿足航空航天、汽車制造等領域輕量化結構件的使用需求。多孔NiTi合金由于孔隙結構的引入，降低了合金密度，有利于合金輕量化。且多孔NiTi合金的高阻尼性能使其有望作為阻尼器件使用并有效地將外界振動能量轉換為熱量耗散，達到能量吸收作用，從而減少外界噪音、振動及沖擊等機械破壞對結構件的損傷。此外，多孔NiTi合金中的孔隙結構有利于骨骼修復中的血液流動及骨細胞吸附生長，同時其良好的生物相容性及接近人體骨骼的彈性模量，使得多孔NiTi合金在骨修復及骨置換等生物醫療領域占據重要地位。

由于NiTi合金熔點較高(1350℃)，目前多孔NiTi合金的主要制備方法是粉末冶金法，包括自蔓延高溫合成、放電等離子燒結、熱等靜壓、常規燒結及微波燒結等。例如專利CN1418974A公開了一種金屬注射成形和自蔓延高溫合成相結合的多孔NiTi合金成形方法，該方法制備的多孔NiTi合金的孔洞尺寸約為10～400μm；專利CN102534284A公開了一種微波燒結制備醫用多孔NiTi形狀記憶合金的方法，該方法簡單方便，適合工業化生產，制備的多孔NiTi合金的孔徑大小在30～600μm；專利CN108637255A公開了一種利用鋼包套制備多孔NiTi合金的自蔓延高溫合成法，該方法得到的多孔NiTi合金孔徑大小較常規自蔓延高溫合成法更為均勻，制備的多孔NiTi合金的孔徑大小大于100μm。

然而，現有多孔NiTi合金制備方法仍然存在以下不足：制備的多孔NiTi合金的孔隙尺寸較大，為幾十微米甚至幾百微米，且孔隙尺寸均勻度有限，無法制備小尺寸孔隙且均勻分布的多孔NiTi合金。因此，本領域有待進一步研究，以獲得一種可制備孔隙尺寸小且分布均勻的多孔NiTi合金的方法。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于選擇性溶解的多孔NiTi合金的制備方法及產品，其首先利用Gd元素的特點在合金中生成Ni-Ti和Ni-Gd相，再利用各相在酸溶液中腐蝕性的不同，選擇性溶解掉除Ni-Ti相外的其他組成相，進而制備出孔隙均勻且可控的多孔NiTi合金，相比現有制備方法，制備的多孔NiTi合金的孔隙尺寸更小且分布更均勻，具有操作過程簡便、成本較低的優點。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種基于選擇性溶解的多孔NiTi合金的制備方法，其在Ni-Ti二元合金中添加Gd元素，利用Gd元素與Ni元素反應而不與Ti元素反應的特點，使得合金中只生成Ni-Ti和Ni-Gd相，然后利用酸溶液選擇性腐蝕去除Ni-Gd相以獲得孔隙均勻且可控的多孔NiTi合金。

本發明利用預合金中組成相在酸溶液中腐蝕性的不同，選擇性溶解掉除NiTi相外的其他組成相，制備出孔隙均勻的多孔NiTi合金，并且可通過制備工藝調控其孔隙結構，即通過Ni-Ti-Gd三元合金成分的設計改變組成相比例及被溶解相含量，繼而調控最終孔隙度，可通過合金冷卻速度調控組成相及被溶解相尺寸，繼而調控最終孔隙大小。

作為進一步優選的，所述的基于選擇性溶解的多孔NiTi合金的制備方法，其包括如下步驟：