[發明專利]一種非冷變形高彈熱效應Ti-Ni塊材及制備方法

有效

• 申請號: 202110333848.6
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113174512B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 周玉美;丁磊;薛德禎;丁向東;孫軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C22C19/03
• 分類號: C22C19/03;C22C1/02;B22D7/00;B22D18/06;C22F1/10;C22F1/02;C21D1/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種非冷變形高彈熱效應Ti?Ni塊材及制備方法，包括：將48.8～49.3％Ti、50.7～51.2％Ni金屬原料進行氬弧熔煉；將熔融態合金吸鑄成型并電火花線切割；進行固溶均勻化處理使微觀成分均勻化，時效處理，電化學表面修整，獲得粗晶塊體Ti?Ni合金塊材。本發明制得的Ti?Ni塊材無需冷變形加工，板狀塊材厚度為毫米級別，在非冷變形條件下實現了相近的彈熱效應，絕熱溫變最大可達22.7K，可實現更大范圍下的彈熱制冷應用。本方法顯著提升了材料的彈熱效應，應用前景廣闊。

技術領域

本發明涉及一類非冷變形的高彈熱性能的塊體Ti-Ni合金材料及其制備方法，特別是一種能夠超過19K絕熱溫度下降的塊體Ti-Ni材料。

背景技術

當今世界的制冷技術被廣泛應用，制冷能耗超過全球總電力消耗的20％，然而以蒸汽壓縮為代表的傳統制冷技術同時帶來了一系列環境問題。彈熱制冷技術具有環境友好和高制冷效率的優點，被認為是最具潛力的替代舊制冷機制的新型制冷技術之一，近年來受到廣泛的關注。

彈熱材料的基本性能評價指標是特定環境下的絕熱溫變和等溫熵變。大尺度的彈熱材料的應用，要求材料同時具有高絕熱溫變和塊體材料狀態。目前的高彈熱性能形狀記憶合金材料多為絲材或薄膜材料，這限制了彈熱材料在大尺度的應用；此外，絲材、片材等的形狀記憶合金的制造依賴拉拔、擠壓等低溫冷變形機械加工手段，加工困難、耗時，對材料塑性要求苛刻。因此，優化塊體合金的彈熱性能、改良材料加工條件對推進彈熱材料的應用有重要意義。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述缺陷，本發明的目的在于提供一種非冷變形的高彈熱效應Ti-Ni塊材及其制備方法，通過產生納米級析出物和調控納米析出物的含量實現了彈熱效應的增強，從而避免了合金制造中的冷變形等機械加工過程；制備的塊材具有高的彈熱性能和毫米級的材料宏觀尺度。

本發明是通過下述技術方案來實現的。

一種非冷變形高彈熱Ti-Ni塊材及制備方法，包括如下步驟：

1)按照原子比將原料48.8～49.3％Ti、50.7～51.2％Ni在熔煉爐工作電流下進行氬弧熔煉，電磁攪拌，鑄錠多次翻面熔煉，獲Ti-Ni鑄錠塊材底料；

2)將步驟1)處理后的鑄錠塊材底料通過電弧加熱為熔融狀態，真空吸鑄，獲得成型鑄錠塊材，切割為合金板狀塊體材料；

3)步驟2)處理后的板狀塊體材料打磨去除表面氧化層，在真空條件下固溶均勻化處理，使合金微觀成分均勻化；

4)步驟3)處理后的板狀塊體材料在Ar氣環境下封管，進行時效處理，之后進行水冷淬火處理至室溫，獲得時效態粗晶合金板狀塊材；

5)步驟4)處理后的板狀塊體材料通過電化學拋光方法進行表面修整，最終獲得毫米級厚度的非冷變形的粗晶Ti-Ni合金板狀塊材。

對于上述技術方案，本發明還有進一步優選的方案：

優選的，所述步驟1)中，在原料50.7～51.2％Ni中進一步摻雜原子比≤0.5％的Cr元素，以進一步調控合金相變過程中的內耗行為。

優選的，所述步驟1)中，鑄錠在300～450A工作電流下進行單次1min的熔煉和5次翻面；熔煉電磁攪拌電流為15A。

優選的，所述步驟2)中，鑄型通過室溫循環水冷卻，開型時間為吸鑄后60～90s。

優選的，所述步驟3)中，固溶均勻化處理真空度為10^-4～10^-3Pa，溫度為1100℃，處理時間為0.5～2h。

優選的，所述步驟4)中，在300～375℃時效處理，處理時間為0.5～25h。