[發明專利]一種含硼形狀記憶合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202110444306.6
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113512668A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 黎小輝;甘春雷;周楠;鄭開宏
• 申請（專利權）人: 廣東省科學院材料與加工研究所;佛山科學技術學院
• 主分類號: C22C19/03
• 分類號: C22C19/03;C22C30/00;C22B9/22;C22C1/02;C22F1/00;C22F1/10
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 馮潔

本發明公開了一種含硼形狀記憶合金及其制備方法，該含硼形狀記憶合金由Ni、Ti、Zr以及B制備得到，且含硼形狀記憶合金的化學式為Ni_51?yTi_49?xZr_xB_y；其中，x＝1.0～5.0，y＝1.0～3.0，且x、y分別為Zr、B在合金中所占的摩爾百分比。該含硼形狀記憶合金通過添加硼元素形成具有納米尺度的TiB₂粒子，作為異質形核核心細化基體組織來提高合金的強度并改善其塑性，從而使得該合金具有高強韌、高彈性以及可恢復性能好的優點，能滿足形狀記憶合金對高熱穩定性以及優異塑性的使用要求。該含硼形狀記憶合金的制備方法整體工藝簡單，容易控制，容易實現連續性生產，且生產成本低。

技術領域

本發明涉及形狀記憶合金技術領域，具體而言，涉及一種含硼形狀記憶合金及其制備方法。

背景技術

形狀記憶合金是一種獨特的材料，能夠在卸載或加熱后實現變形并恢復到預定的形狀。迄今為止，具有實際應用價值的形狀記憶合金主要有三類：Ni-Ti基、Fe基和Cu基記憶合金，其中Ni-Ti基記憶合金具有形狀記憶特性好、抗疲勞特性強、強度高、生物相容性優異等特點，適合大多數領域中的應用。而Fe基和Cu基記憶合金成本較低，但其穩定性和熱機械性能較差限制了其發展和應用。即使目前最為成熟的NiTi形狀記憶合金，其抗拉強度和馬氏體相變溫度仍偏低，尚不能滿足航空航天、核電工程、飛機變形機翼、太空機器人等某些關鍵驅動裝置對材料服役性能的需求。

通過在NiTi二元合金中添加Pd、Pt、Au等元素替代Ni或添加Zr、Hf等元素替代Ti均可提高馬氏體相變溫度。添加合金化元素Cu、Nb、Fe等，不僅大幅度降低合金的相變溫度，而且還使M相變和R相變分離。NiTi二元合金基體強度偏低，馬氏體相變臨界剪切應力并不顯著高于塑性滑移臨界應力，故合金在變形過程中容易發生滑移造成記憶性能惡化。如在二元NiTi合金中添加Hf會造成嚴重的晶格畸變，導致其室溫塑性變形能力變差。目前NiTiHf合金的單次最大冷變形量不到20％，嚴重制約了后續零部件的工藝成形。

鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種通過復合添加Zr和B以形成納米共格相TiB₂和細化晶粒的方式來提高NiTi合金的基體強度的含硼形狀記憶合金及其制備方法，使得該含硼形狀記憶合金兼具高強韌特性。

本發明的實施例是這樣實現的：

第一方面，本發明提供一種含硼形狀記憶合金，該含硼形狀記憶合金由Ni、Ti、Zr以及B制備得到，且含硼形狀記憶合金的化學式為Ni_51-yTi_49-xZr_xB_y；其中，x＝1.0～5.0，y＝1.0～3.0，且x、y分別為Zr、B在合金中所占的摩爾百分比。

在可選的實施方式中，按照原子百分比含量計，Ni的含量為48.0at％～50.0at％，Ti的含量為44.0at％～48.0at％，Zr的含量為1.0at％～5.0at％，B的含量為1.0at％～3.0at％。

在可選的實施方式中，Ni、Ti、Zr以及B的純度均大于99.9wt％；且含硼形狀記憶合金呈納米相增強多元固溶體結構。

第二方面，本發明提供一種前述實施方式中任一項的含硼形狀記憶合金的制備方法，包括以下步驟：

將清洗后的Ni原料、Ti原料、Zr原料以及B原料分別經加料系統推入熔煉室，得到熔融金屬液；

將一部分的熔融金屬液經電子束照射熔化后滴入水冷銅床形成凝殼，并在電子束連續照射下凝殼表面熔化形成凝殼熔池，并使剩下一部分的熔融金屬液流經凝殼熔池后經過結晶器得到鑄錠；

將鑄錠放置在真空爐中進行均勻化熱處理，并隨爐冷卻；