[發明專利]一種梯度TiNi形狀記憶合金的電子束熔絲增材制造方法

有效

• 申請號: 202110084484.2
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112935275B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 王亮;李斌強;崔然;王斌斌;陳瑞潤;蘇彥慶;駱良順;郭景杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B22F10/20
• 分類號: B22F10/20;B22F12/30;B33Y70/00;B33Y10/00;B33Y80/00;B33Y40/10;C22C19/03;B22F10/366;B22F10/38
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

本發明公開了一種梯度TiNi形狀記憶合金的電子束熔絲增材制造方法，屬于增材制造技術領域。本發明以Ti₅₀Ni₅₀(at.％)合金絲為原材料，在電子束熔絲沉積設備上，在TA11純鈦基板上，按照CAD規劃的路徑，確定電子束熔絲沉積TiNi形狀記憶合金的工藝窗口，并設置30s的層間冷卻時間，以往復掃描的方式制備出一系列成形良好、組織致密、性能優異的梯度TiNi形狀記憶合金。該方法對縮短加工流程、制備復雜構型的TiNi形狀記憶合金部件具有極大的作用，且可以拓展到其他高熔點高活性合金的近凈成形，實現復雜構型的結構?功能一體化快速制備。

技術領域

本發明涉及一種梯度TiNi形狀記憶合金的電子束熔絲增材制造方法，屬于增材制造技術領域。

背景技術

TiNi形狀記憶合金是一種等原子比或近等原子比合金，根據Ti和Ni元素含量的不同，除了析出TiNi固溶體外，還會有第二相的析出，包括Ni₄Ti₃、Ni₃Ti、Ti₂Ni。TiNi固溶體在不同的溫度范圍內會發生高溫奧氏體和低溫馬氏體之間的固態相變，這種非擴散型的熱彈性馬氏體相變是TiNi合金具有形狀記憶能力、超彈性、高阻尼和彈熱效應的本征機理。同時，TiNi形狀記憶合金還具有良好的力學性能、耐磨耐蝕性和生物相容性，被廣泛地應用于航空航天和生物醫療等領域。

目前，主要通過傳統的熔鑄法和粉末冶金法來制備TiNi形狀記憶合金，但TiNi合金的高熔點和高活性使得熔鑄和粉末冶金的過程中會不可避免的引入C、O等雜質元素，形成TiC、Ti₄Ni₂O_x等金屬間化合物，惡化合金的力學性能和功能特性。此外。由于TiNi合金的超彈性，使得該合金的機械加工能力很差，很難將熔鑄法制備的鑄錠加工成復雜的結構件，只能通過擠壓或拉拔等成形方式獲得簡單形狀的板材和絲材。粉末冶金雖然可以制備一些復雜結構的TiNi合金部件，但高純粉末的球磨混分、熱壓燒結等一系列復雜的工序導致制備工藝復雜、生產周期較長、成本高昂，極大地限制了大型復雜TiNi形狀記憶合金構件的制備和應用。

發明內容

本發明為了解決現有上述技術問題，提供一種梯度TiNi形狀記憶合金的電子束熔絲增材制造方法。

一種梯度TiNi形狀記憶合金的電子束熔絲增材制造方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，預處理Ti₅₀Ni₅₀形狀記憶合金絲和純鈦基板；

步驟2，使用電子束熔絲沉積設備按照往返掃描的模式將Ti₅₀Ni₅₀形狀記憶合金絲打印在純鈦基板上，獲得梯度TiNi形狀記憶合金；

其中，打印工藝參數為：加速電壓U＝60kv、聚焦電流I_f為1000mA、送絲速度V_feed為3m/mim、束流密度I_b為40mA～50mA、打印速度V_print為500～800mm/min，并設置層間冷卻時間。

進一步的，束流密度I_b為45mA。

進一步地，打印速度V_print為600mm/min。

進一步地，層間冷卻時間為30s。

進一步地，步驟1中預處理Ti₅₀Ni₅₀形狀記憶合金絲的操作過程為：首先酸洗Ti₅₀Ni₅₀形狀記憶合金絲，然后使用丙酮浸泡清洗，保證Ti₅₀Ni₅₀形狀記憶合金絲表面無油污雜質，最后將Ti₅₀Ni₅₀形狀記憶合金絲置于干燥烘箱中，在60℃條件下保溫處理30min。