[發明專利]一種具有負熱膨脹特性的鈦鉭合金板材及其制備方法

有效

• 申請號: 202011163607.3
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112322935B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 李延明
• 申請（專利權）人: 天津邁特賽思科技有限公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/02;B21C37/02;C22F1/18;C22F1/02
• 代理公司: 北京中睿智恒知識產權代理事務所(普通合伙) 16025
• 代理人: 侯文峰

本發明涉及具有負熱膨脹特性的合金材料技術領域，公開了一種具有負熱膨脹特性的鈦鉭合金板材及其制備方法，合金板材由鈦、鉭兩種元素組成，其鈦鉭合金通式為Ti100?xTax，其中x為原子百分比，x＝25％～35％；制備時，通過電弧熔煉法將高純鈦和高純鉭于熔煉爐內熔煉成鈦鉭合金鑄錠；再將鈦鉭合金鑄錠切割或熱鍛成板材/餅材，并將板材或餅材置于真空退火爐或石英管中封裝，高溫加熱進行元素均勻化處理；然后將鈦鉭合金板材/餅材熱軋成形并封裝于石英管中進行固溶處理；最后將鈦鉭合金板材/餅材冷軋加工形成具有負熱膨脹特性的鈦鉭合金板材，該發明具有負熱膨脹特性，且強度高、易加工、耐腐蝕；同時制備工藝簡單、成本低廉。

技術領域

本發明涉及具有負熱膨脹特性的鈦鉭合金材料技術領域，尤其涉及一種在較寬溫區具備負熱膨脹特性的鈦鉭合金板材及其制備方法。

背景技術

物質的長度或體積隨溫度的升高而增加的現象，被稱為熱膨脹。絕大部分固體材料都遵循這個自然界普遍規律，其本質是溫度升高促使晶格非簡諧振動加劇，由于原子作用勢的不對稱特征而導致質點平均間距變大。但是材料的熱膨脹會加速機器老化、使用性能下降，甚至接觸面分離、脫落，因此在眾多工程領域，特別是在系統組件尺寸較小且要經歷較大溫度變化，或者在很寬溫域內要求極端的尺寸穩定性的情況下，控制熱膨脹量的匹配是一個重要目標。

負膨脹材料為控制材料熱膨脹系數提供了有效途徑，尤其是在從近零膨脹向零膨脹和可控膨脹邁進方面起到重要作用，將具有負熱膨脹性能的材料與其他正膨脹材料復合后可實現調節熱膨脹系數的目的,進而解決由于熱膨脹系數不匹配引起的熱應力、疲勞斷裂、微裂紋產生等問題。最廣為人知的產生負膨脹的機制包括磁體積效應、原子半徑收縮和柔性網絡等，其代表性材料分別是因瓦合金、部分陶瓷(例如Sm2.75C60、ZrW2O8和ReO3)和一些金屬氧化物(例如ZrW2O8、ReO3)以及碳材料(例如石墨，碳纖維和納米管)。

但是現有這些具有負膨脹特性的材料存在以下問題：1)瓦合金具有強度低、加工難度高、易腐蝕的問題；2)陶瓷和氧化物材料斷裂韌性低、導熱性能差，且需要精確的化學成分設計才能制造，工藝復雜；3)碳材料需要復雜而昂貴的復合材料制造技術。這些缺點導致負熱膨脹材料的應用受到很大限制。

另外，還檢索到現有中國發明專利CN101270424A中公開了一種具有負熱膨脹性能的鎳鈦鈮合金及其制備方法，獲得了在一定溫度范圍內具有負熱膨脹性能的NiTi基合金材料。該合金是以近等原子比的鈦鎳合金為基體的前提下加入鈮元素，并通過不同應變量的冷軋處理，其負熱膨脹行為來源于合金沿軋制方向訓練所得的形狀記憶效應，從而導致其負熱膨脹系數小且負熱膨脹溫度較低并具有明顯方向性(即材料的負熱膨脹行為只出現在沿軋制方向)。同時，該發明中還使用了貴金屬鈮和復雜的加工工藝，導致材料成本與制造成本較高。

中國發明專利CN102534275公開了一種利用多孔Ti-Ni合金與鎂合金復合制備近零膨脹TiNi基復合材料的方法，該合金在一定溫度范圍內存在近零膨脹行為并具有較低的密度。但制備出的近零膨脹復合材料的強度不高，在施加4％的壓縮應變時合金的強度只有200～400MPa；同時由于粉末燒結與熔滲制備工藝的特點，基體與增強材料之間難以形成有效的冶金結合，存在材料各相界面不穩定并進而弱化復合材料的各項性能，這些都在一定程度上制約著多孔復合材料的應用。

中國發明專利，授權公告號為107164653B，公開的一種具有負熱膨脹性能的富鈦含量鈦鎳合金及其制備方法，獲得了在一定溫度范圍內具有負熱膨脹性能的TiNi合金材料，但是其負熱膨脹區間穩定在90℃-125℃之間。

有鑒于此，提出本發明的一種具有負熱膨脹特性的鈦鉭合金板材及其制備方法。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種在較寬溫區具備負熱膨脹特性的鈦鉭合金板材及其制備方法，使制備的鈦鉭合金板材具有負熱膨脹特性，同時具有強度高、易加工、耐腐蝕等優異性能，且本發明的制備方法工藝流程簡單、操作簡單方便、成本低廉、易于實現大規模的工業化生產。