[發(fā)明專利]一種鎳鈦形狀記憶合金構(gòu)件及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110459802.9
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113134630B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王協(xié)彬;劉江偉;張志輝;于征磊
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F1/00;B22F1/052;C22C19/03;B33Y10/00;B33Y80/00;B33Y70/00
• 代理公司: 北京中和立達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11756
• 代理人: 張攀

本發(fā)明公開了一種鎳鈦形狀記憶合金構(gòu)件及其制備方法，該鎳鈦形狀記憶合金構(gòu)件及其制備方法采用成形倉低氧條件下的激光選區(qū)熔化法，使用15～53微米的鎳鈦合金粉末，其中鎳的原子分?jǐn)?shù)含量為50.5％～51.0％，余量為鈦。采用該制備方法，解決了鎳鈦合金的加工難題，可用于制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鎳鈦合金構(gòu)件；且能夠在較大范圍調(diào)整激光熔化工藝參數(shù)，如激光功率、掃描速度、掃描間距等，從而得到具有多個(gè)相變溫度且溫度差大的鎳鈦形狀記憶合金構(gòu)件，并且保持了鎳鈦合金構(gòu)件的良好力學(xué)性能，能夠得到具有多動(dòng)作變形行為或可編程變形行為功能的鎳鈦合金構(gòu)件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鎳鈦形狀記憶合金構(gòu)件及其制備方法。

背景技術(shù)

與傳統(tǒng)的減材加工模式不同，增材制造(俗稱3D打印)是依據(jù)數(shù)字模型，通過“離散—堆積”的原理，利用激光、電子束等熱源，將粉末、絲材、箔材等按照預(yù)先設(shè)定的三維模型逐層累積，最終制備所需構(gòu)件的一種新型加工技術(shù)。增材制造技術(shù)可以成形高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有高度自動(dòng)化、可定制化等特點(diǎn)，受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注并快速發(fā)展。

鎳鈦合金是一種具有形狀記憶效應(yīng)的金屬智能材料，能夠?qū)⒆陨淼淖冃卧谀骋惶囟囟认伦詣?dòng)恢復(fù)為原始形狀的特種合金。除了功能特性外，鎳鈦合金還表現(xiàn)有優(yōu)良的力學(xué)性性能，例如，其延伸率可達(dá)20％以上，并具有優(yōu)異的抗疲勞性能、阻尼特性、耐腐蝕性，以及良好的生物相容性。因此可以滿足各類工程和醫(yī)學(xué)的應(yīng)用需求，是一種性能優(yōu)越、應(yīng)用前景廣闊的功能材料。

然而，鎳鈦合金的機(jī)加工性能和焊接能力均較差，傳統(tǒng)的金屬材料的加工成型技術(shù)不適用于復(fù)雜鎳鈦合金構(gòu)件的生產(chǎn)，尤其是對于具有不同相變溫度區(qū)域的同一個(gè)構(gòu)件，采用傳統(tǒng)的金屬材料加工成型方法難以實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的鎳鈦合金構(gòu)件是采用均質(zhì)材料加工而成，整個(gè)構(gòu)件的不同部位具有相同的相變溫度，在外界溫度激勵(lì)下，當(dāng)升溫至某一溫度后，構(gòu)件的不同部位會(huì)同時(shí)發(fā)生形狀回復(fù)，傳統(tǒng)的NiTi合金構(gòu)件只能對一個(gè)溫度進(jìn)行響應(yīng)，不能響應(yīng)多個(gè)溫度激勵(lì)。

目前，制備具有多個(gè)相變溫度區(qū)域的鎳鈦合金構(gòu)件的方法主要有兩種：(1)利用激光對傳統(tǒng)鎳鈦合金板材或絲材進(jìn)行處理，即對鎳鈦合金絲或板不同部位進(jìn)行激光重熔，使一部分鎳揮發(fā)，進(jìn)而改變局部的相變溫度，對不同部位使用不同激光重熔工藝，得到具有多個(gè)相變溫度區(qū)域的鎳鈦合金構(gòu)件；(2)利用激光選區(qū)熔化技術(shù)，通過改變工藝參數(shù)來改變相變溫度，使不同部位在不同的激勵(lì)溫度下發(fā)生回復(fù)。

上述方法都具有一定的缺陷：采用傳統(tǒng)方法難以加工鎳鈦合金的復(fù)雜構(gòu)件，結(jié)構(gòu)通常簡單，功能相對單一，也難以有效調(diào)控鎳鈦合金構(gòu)件局部的相變溫度，因此傳統(tǒng)方法制備的鎳鈦合金構(gòu)件不同的部位往往具有相同的相變溫度，在外界激勵(lì)下，只能對單一溫度進(jìn)行響應(yīng)，不能實(shí)現(xiàn)多動(dòng)作變形；激光局部加熱熔融技術(shù)僅能對較薄的板材或較細(xì)的絲材進(jìn)行處理，不適用于厚板或者粗絲；且僅能對結(jié)構(gòu)較為簡單的鎳鈦合金構(gòu)件進(jìn)行加工，例如板材或絲材，難以應(yīng)用到結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鎳鈦合金構(gòu)件中，因?yàn)槔脗鹘y(tǒng)方法難以加工復(fù)雜鎳鈦合金構(gòu)件，激光也照射不到復(fù)雜構(gòu)件的某些部位，無法對這些部位進(jìn)行重熔處理；采用激光選區(qū)熔化方法加工鎳鈦合金構(gòu)件，為了獲得致密的構(gòu)件，工藝參數(shù)可變范圍小，導(dǎo)致相變溫度的可調(diào)范圍較小，難以將不同部位的相變溫度分開，即不同部位的相變溫度差較小，也難以進(jìn)一步增加相變溫度不同的相變溫度區(qū)域，若大范圍改變激光選區(qū)熔化工藝參數(shù)，如激光功率、掃描速度等參數(shù)，會(huì)造成構(gòu)件的力學(xué)性能下降，材料會(huì)變得比較脆，導(dǎo)致鎳鈦合金構(gòu)件的可變形量急劇降低，即僅能對鎳鈦合金構(gòu)件進(jìn)行小變形，若施加外力對其進(jìn)行大幅度變形，會(huì)對構(gòu)件的物理結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞。

因此，需要開發(fā)一種能夠適用于全部鎳鈦合金構(gòu)件(包括簡單構(gòu)件和復(fù)雜構(gòu)件)，不同相變溫度區(qū)域之間的相變溫度差大，同時(shí)又能保持鎳鈦合金構(gòu)件具有良好力學(xué)性能的鎳鈦形狀記憶合金構(gòu)件及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容