[發明專利]一種多功能鈦合金、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202010980269.6
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112063887B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 肖文龍;付雨;趙新青;馬朝利
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22F1/18
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

本申請涉及鈦合金技術領域，特別涉及一種多功能鈦合金、制備方法及其應用。本申請公開的鈦合金的制備方法，包括步驟：步驟a、根據多功能鈦合金中的合金成分，熔煉制備得到鈦合金，其中，所述合金成分包括：2～20wt％的Nb、3～8wt％的Zr、2～6wt％的Sn、0.5～3wt％的Fe、0.1～0.7wt％的O和余量的Ti；步驟b、將所述鈦合金在α+β兩相區進行熱變形；步驟c、將熱變形后的所述鈦合金進行退火熱處理；步驟d、將退火熱處理后的所述鈦合金進行預變形，得到所述多功能鈦合金，解決了現有的合金因彈性功能性和高強度的相互排斥，使功能性和結構性不可兼得，難以在同一種合金中實現高彈性和高強度的技術問題。

技術領域

本申請涉及新材料技術領域，特別是涉及鈦合金及其制備，具體為一種具有寬應變范圍超彈性、超高溫形狀記憶效應、超低彈性模量和高強度的多功能鈦合金、制備方法及其應用。

背景技術

隨著科學技術的發展和使用需求的提高，眾多領域對金屬部件提出了更高的要求。例如：在航空航天、汽車、生物醫療、智能機器人等領域，很多應用場合要求金屬部件具備超彈性、形狀記憶效應、高彈性和高強度等特性。

金屬材料的超彈性和形狀記憶效應源自于可逆熱彈性馬氏體相變，應力誘導產生的馬氏體在應力卸載后或在一定溫度加熱后將逆轉變回母相奧氏體，從而獲得超彈性和形狀記憶效應的彈性功能性(Jani J.,Leary M.,Subic A.,Gibson M.,A review of shapememory alloy research,applications and opportunities,2014,Materials andDesign,56:1078-1113)。然而，此類金屬材料的強度特別是屈服強度一般較低。金屬材料的彈性由其彈性模量和屈服強度共同決定，彈性模量越低，屈服強度越高，彈性變形能力越好。具備低彈性模量、超彈性和形狀記憶效應等彈性功能性的金屬材料的原子間鍵合力較低，因此強度也較低。彈性功能性和高強度的相互排斥使得低彈性模量、超彈性和形狀記憶效應等彈性功能性和高強度的結構性不可兼得，難以在同一種金屬材料中實現高彈性和高強度，因而限制了其進一步應用。

現有技術中，目前通常是亞穩β鈦合金依靠應力誘導β→α″馬氏體轉變及其逆轉變獲得超彈性和形狀記憶效應，但性能測試表明，其超彈性一般表現在低應變范圍(低于8％)，形狀記憶效應的形狀回復溫度一般低于200℃(Ramezannejad,A.,Xu W.,Xiao W.L.,Fox K.,Liang D.,Ma Q.,New insights into nickel-free superelastic titaniumalloys for biomedical applications,Current Opinion in Solid State andMaterials Science,2019,23:100783；Ramezannejad,A.,Xu W.,Ma Q.,Ni-freesuperelastic titanium alloys for medical and dental applications,Titanium inMedical and Dental Applications,2018:591-611)，不能滿足一些需要承受高應變和高溫的特殊服役環境的需求。同時亞穩β鈦合金的彈性模量約為50～80GPa范圍，遠高于人骨的5～30GPa，低彈性模量和高強度的互斥使得強度較低，彈性應變往往低于1.5％。通過α析出強化或劇烈塑性變形可獲得高強度，但α析出提高強度的同時彈性模量提高至80GPa以上，難以同步實現低彈性模量和高強度。

因此，提供一種同時具備彈性功能性和高強度的金屬材料成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本申請提供了一種多功能鈦合金、制備方法及其應用，解決了現有的合金因彈性功能性和高強度的相互排斥，使功能性和結構性不可兼得，難以在同一種合金中實現高彈性和高強度的技術問題。

本申請第一方面提供了一種多功能鈦合金的制備方法，包括步驟：