富Ni态TiNi形状记忆合金第二相电刺激球化方法

摘要

本发明是一种富Ni态TiNi形状记忆合金第二相电刺激球化方法，该方法是在电致塑性轧机上经轧辊带动TiNi形状记忆带材或板材以一定的速度移动时，将脉冲电源输出的高能脉冲电流通过电极输入到移动的TiNi合金的通电部分，在通电部分产生焦耳热效应与电子风非热效应，使其内部的显微组织由初始态的片状或多边形状的第二相发生固溶的同时转变成分布均匀的球状第二相。通过上述处理后的TiNi合金带材或板材可在室温条件下空气冷却。该处理方法时间短，生产效率高，同时避免了TiNi合金的高温氧化。

说明书

技术领域

本发明是一种富Ni态TiNi形状记忆合金第二相电刺激球化方法，属 于金属特种热处理技术领域。

背景技术

形状记忆合金兼有传感和驱动的双重功能，是实现机械结构微型化 和智能化的最有选择，尤其，TiNi基形状记忆合金具有丰富的相变现象、 优异的形状记忆和超弹性性能、良好的力学性能、耐腐蚀性以及高阻尼 特性，最具有作为固态驱动器的应用前景。富Ni态（≥50.6at.％）TiNi 合金中，Ti₃Ni₄相特性（体积分数、形貌及分布）对合金的马氏体转变 特征中R转变及其基体Ni含量的分布变化起着关键影响。通过传统热处 理所获得Ti₃Ni₄相的存在导致了多阶段马氏体相转变的出现，从而降低了 合金相变恢复力及可恢复应变值。如何通过调整Ti₃Ni₄相特性，控制Ti₃Ni₄相/TiNi相基体界面的Ni含量分布梯度，减少马氏体相转变的阶段数，提 高相变恢复力，是制约TiNi合金工程应用的关键因素之一。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足而设计提供了一种富Ni态TiNi 形状记忆合金第二相电刺激球化方法，其目的是使富Ni态TiNi形状记忆 合金第二相发生完全球化，降低了Ti₃Ni₄相/TiNi相基体界面的Ni含量分 布梯度，只出现两阶马氏体相转变，能最大程度的提高相变恢复力。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种富Ni态TiNi形状记忆合金第二相电刺激球化方法，其特征在于： 该方法的步骤是：

⑴所述富Ni态TiNi形状记忆合金中的Ni含量的原子百分比大于等 于50.8％；

⑵将TiNi形状记忆合金的带材或板材(3)通过轧机的开卷装置(5)、 收卷装置(6)、轧辊(2)及两组支撑辊(1)实现带材或板材(3)的双向移动，带 材或板材(3)与轧辊(2)及两组支撑辊(1)之间是弹性接触，带材或板材(3)的 移动速度为0.3～3m/min，带材或板材(3)的的宽度为5～300mm，厚度为 0.5～5mm；

⑶在一组支撑辊(1)和轧辊(2)之间连接高能脉冲电源(4)，对该组支撑 辊(1)和轧辊(2)之间加电部分的带材或板材(3)进行第二相电刺激球化处 理，加电部分长度L为50～200mm，高能脉冲电源(4)的放电参数为：放 电频率1500～3000Hz，脉冲宽度20～3000μs，加载在带材或板材(3)上 的电流密度的幅值800～3000A/mm²。

本发明技术方案利用现有的轧机结构带动TiNi形状记忆合金的带材 或板材(3)按设定的速度双向移动，移动过程中，带材或板材(3)与支撑辊 (1)和轧辊(2)之间紧密弹性接触，其转动通过直流电机驱动，高能脉冲电 源(4)的电流对加电部分产生焦耳热效应和电子风非热效应，使带材或板 材(3)的温度可以达到650～900℃，这样，带材或板材(3)的内部显微组织 由初始态的片状或多边形状的第二相转变成分布均匀的球状第二相，或 者使第二相固溶于基体。通过上述处理后的TiNi合金带材或板材可在室 温条件下空气冷却。

本发明技术方案的优点是：

1、在TiNi形状记忆合金电刺激球化处理过程中，瞬间高能脉冲电流 直接输入到合金中生产重要的焦耳热效应和电子风非热效应，在该两种 效应的耦合作用下，使原子的振动能量急剧增加，促进了合金内部原子 的扩散。经传统热处理的富Ni态TiNi合金内部呈现片状或无规则形状颗 粒，在第二相尖端或者缺陷部位，电脉冲的选择性效应进一步促进Ni原 子的扩散，实现了片状及粒子状第二相的固溶及球化。

2、采用传统热处理工艺处理的富Ni态TiNi形状记忆合金，合金第 二相以片状或无规则颗粒状析出，在冷却过程发生多阶马氏体相转变； 经电刺激处理后，TiNi合金中片状及粒子状第二相的固溶及球化，冷却 过程中马氏体相转变变为两阶。

3、电刺激处理过程中，富Ni态TiNi形状记忆合金带材或板材上任 何一点完全球化处理的时候在22s以内，处理最高温度为1050℃，而传 统热处理方式无法获得第二相球化组织，快速的升温及降温能避免TiNi 合金不发生氧化现象

附图说明

图1为本发明技术方案对TiNi合金带材或板材电刺激球化处理方法 的示意图

图2为800℃传统时效热处理后的富Ni态TiNi形状记忆合金的显微 组织

图3为采用本发明技术电刺激处理后的富Ni态TiNi形状记忆合金的 显微组织

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

参见附图1所示，该种富Ni态TiNi形状记忆合金第二相电刺激球化 方法，其特征在于：该方法的步骤是：

⑴所述富Ni态TiNi形状记忆合金中的Ni含量的原子百分比大于等 于50.8％；

⑵将TiNi形状记忆合金的带材或板材3通过轧机的开卷装置5、收 卷装置6、轧辊2及两组支撑辊1实现带材或板材3的双向移动，带材或 板材3与轧辊2及两组支撑辊1之间是弹性接触，轧辊2和TiNi合金带 材或板材3之间必须是紧密的弹性接触，合金带材或板材3不发生塑性 变形，带材或板材3的移动速度为0.3～3m/min，带材或板材3的的宽度 为5～300mm，厚度为0.5～5mm；

⑶在一组支撑辊1和轧辊2之间连接高能脉冲电源4，高能脉冲电 源4与支撑辊1和轧辊2之间通过电刷实现电接触，对该组支撑辊1和 轧辊2之间加电部分的带材或板材3进行第二相电刺激球化处理，加电 部分长度L为50～200mm，高能脉冲电源4的放电参数为：放电频率 1500～3000Hz，脉冲宽度20～3000μs，加载在带材或板材3上的电流密 度的幅值800～3000A/mm²，使带材或板材3的温度可以达到650～900 ℃，电刺激球化处理过程处于室温与空气中，无需采用冷却介质对处理 后的带材或板材3进行冷却。

图3为采用本发明技术电刺激处理后的富Ni态TiNi形状记忆合金的 显微组织，电刺激处理的放电参数为：频率1500Hz，电脉冲宽度60μs， 电流密度800A/mm²。带材或板材3的处理处理温度可以达到800℃。通 过图3与图2的对比，电刺激处理后TiNi合金中片状及粒子状第二相发 生了完全球化。

与现有技术相比，本发明方法使富Ni态TiNi形状记忆合金第二相发 生完全球化，降低了Ti₃Ni₄相/TiNi相基体界面的Ni含量分布梯度，只出 现两阶马氏体相转变，能最大程度的提高相变恢复力。该处理方法时间 短，生产效率高，同时避免了TiNi合金的高温氧化。