[發(fā)明專利]一種通過高溫均勻化處理的低成本元素混合NiTi形狀記憶合金的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210707740.3
• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN115386755B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李益民;李東陽;舒暢;何昊;王暾;朱本銀
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué);中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C14/00;C22C19/03
• 代理公司: 長沙朕揚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43213
• 代理人: 郭蓓霏

本發(fā)明公開了一種通過高溫均勻化處理的低成本元素混合NiTi形狀記憶合金的制備方法，包括如下步驟：將含Ni粉末、含Ti粉末均勻混合，得到的混合粉料進行燒結(jié)，燒結(jié)參數(shù)如下：在高真空度下，5?20℃/min升溫至600℃保溫0.5?2h，1?2℃/min升溫至700℃保溫2?4h，1?2℃/min升溫至1050℃保溫1?4h，1?2℃/min升溫至1120℃保溫2?4h，1?2℃/min升溫至1220?1250℃保溫6?10h。本發(fā)明通過高真空燒結(jié)將EPNiTi合金氧含量降低至0.22wt.％，并克服爆燃反應(yīng)與液相流失難題，大幅提高EPNiTi的力學(xué)性能，將拉伸延伸率提高至超過20％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于形狀記憶材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種通過高溫均勻化處理的低成本元素混?合NiTi形狀記憶合金的制備方法。

背景技術(shù)

NiTi合金是當今最受關(guān)注和最具潛力的形狀記憶材料。由于成分控制靈活，原料成本低?廉，元素混合法(EP，elemental?powder)一直是粉末冶金NiTi與多孔NiTi合金的重要制備?方法。但是由于EP制備的難點，使得EP?NiTi的研究基本沒有或者僅有微量的拉伸性能(延?伸率低于5％)。與預(yù)合金NiTi粉末(PP，pre-alloyed?powder)制品和鑄錠冶金NiTi制品性?能相去甚遠(延伸率高于15％)。只有足夠的拉伸性能，才能滿足真正的工程應(yīng)用要求。

低成本EP?NiTi合金制備困難受限于多方面因素。首先，以HDH?Ti粉末混合得到的原料?雜質(zhì)含量高于預(yù)合金粉末。氧雜質(zhì)增加，能夠使Ti₂Ni雜質(zhì)相以更穩(wěn)定的形式Ti₄Ni₂O存在，?改變了馬氏體相變溫度，Ti₄Ni₂O也是承載時的重要裂紋源；同時，有報道提及氧是NiTi合?金中晶界非晶化的重要原因，可能是導(dǎo)致力學(xué)脆化的不利因素。因此，降低原料雜質(zhì)含量與?減少燒結(jié)過程氧增，是主要的控制策略。超高真空燒結(jié)是控制過程氧增最行之有效的方案。?但是EP?NiTi燒結(jié)伴隨大量反應(yīng)放熱，在一定背景溫度下，點燃局部即能通過燃燒波傳播完?成燒結(jié)(自蔓延過程)。如果反應(yīng)過于劇烈，中心溫度可能超過NiTi合金的熔點(1310℃)。隨著真空度數(shù)量級的提高，可能顯著降低燒結(jié)坯輻射散熱的效率，劇烈放熱使坯體熔化塌陷。?這一細節(jié)尚未見任何詳細報道。

EP?NiTi制備困難另一方面是源于復(fù)雜的中間相轉(zhuǎn)化序列。EP?NiTi合金在燒結(jié)中由于顆?粒分布的非均勻性，以及NiTi、Ti₂Ni、TiNi₃三種穩(wěn)定中間化合物能量相似，因此所有中間相?在720-920℃均有機會大量生成。于是，942℃時的共晶反應(yīng)β-Ti(Ni)+Ti₂Ni→L與1118℃的?共晶反應(yīng)TiNi+TiNi₃→L均可能被觸發(fā)，不定時、不定點地形成非均勻液相。同時，由于互?擴散差異較大，Ni擴散進入Ti的速度遠高于Ti擴散進入Ni的速度，容易形成Kirkendall孔?隙。前述的非均勻共晶液相可能流失脫離坯體，也可能在Kirkendall孔隙的毛細作用下被吸?收聚集，使局部留下更大的宏觀孔隙。僅僅提高燒結(jié)溫度，也只能導(dǎo)致液相加速流失與坯體?坍塌。因此，若無法有效控制液相，則無法實現(xiàn)致密化，樣品表面質(zhì)量與尺寸精度也無法得?到保障。正因如此，在以往研究中，尚無直接燒結(jié)的致密化EP?NiTi合金被報道，EP?NiTi合?金往往作為多孔NiTi被研究。

至今，尚無研究報道綜合考慮以上所有因素，通過真空燒結(jié)法將EP?NiTi合金的強度提?升至700MPa以上，延伸率高于15％，8％的拉伸回復(fù)率高于80％。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對目前所有EP?NiTi合金性能極差的現(xiàn)狀(拉伸延伸?率低于5％)，提出新的材料制備思路，解決低溫爆燃反應(yīng)與高溫液相流失難題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種通過高溫均勻化處理的低成本元素混合NiTi形狀記憶合金的制備方法，包括如下步?驟：