Ni－Ti系功能连续梯度形状记忆合金的制备方法

摘要

Ni－Ti系功能连续梯度形状记忆合金的制备方法，它涉及一种具有功能梯度的形状记忆合金的制备方法。它解决了目前生产使用的Ni－Ti合金均为匀质材料，制备的功能梯度材料呈组分非连续性的阶梯式变化的问题。Ni－Ti系功能连续梯度形状记忆合金按以下步骤制备：(一)将Ni－Ti合金先进行预处理制成Ni－Ti合金板；(二)切割Ni－Ti合金板，再进行表面处理；(三)切割成形的Ni－Ti合金在温度梯度场中进行差温梯度热处理；(四)退火，即得到Ni－Ti系功能连续梯度形状记忆合金。本发明制备的Ni－Ti系功能连续梯度形状记忆合金具有均匀、连续变化的显微组织和化学组分，导致其具备连续变化的超弹性和形状记忆性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有功能梯度的形状记忆合金的制备方法。

背景技术

Ni-Ti合金具有独特的形状记忆效应(超弹性和形状记忆性能)，Ni-Ti合金在超弹性状态下，可产生比金属常规弹性高出10～20倍的弹性可逆应变，且切此弹性在恒定应力下实现；Ni-Ti合金在形状记忆状态下，可由加热而恢复预存塑性形变，自可恢复形变量可达8％以上。除此以外Ni-Ti合金还具有优良的生物相容性、射线不透性、核磁共振无影响性、反复使用稳定性好、机械性能优异和抗腐蚀性强等优点。但目前生产使用的Ni-Ti合金均为匀质材料，而非功能梯度材料。

目前功能梯度材料的制备工艺有离心铸造法、粉末冶金法、陶瓷烧结法、等离子喷射法、气相沉积法、自蔓延高温合成法、无压浸渗法、电沉积法、激光熔敷法和沉降法。这些传统的制备工艺都是在空间逐层叠加以构成不同成分的梯度，制备的功能梯度材料呈组分非连续性的阶梯式变化，故可称为构造法。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前生产使用的Ni-Ti合金均为匀质材料，制备的功能梯度材料呈组分非连续性的阶梯式变化的问题，而提供的一种Ni-Ti系功能连续梯度形状记忆合金的制备方法。Ni-Ti系功能连续梯度形状记忆合金按以下步骤制备：Ni-Ti系功能连续梯度形状记忆合金按以下步骤制备：(一)将近等原子比Ni-Ti合金冷加工态板材和富镍Ni-Ti合金先进行预处理制成厚度为0.01mm～1cm的Ni-Ti合金板；(二)切割Ni-Ti合金板，再进行表面处理；(三)切割成形的Ni-Ti合金在温度梯度场中进行差温梯度热处理：差温梯度热处理Ni-Ti合金高温面温度为600±5℃，Ni-Ti合金低温面温度控制为250℃～300℃，差温梯度热处理时间为10～60min；(四)退火：近等原子比Ni-Ti合金采用空气自然冷却至室温，富镍Ni-Ti合金采用水淬冷却至室温，即得到Ni-Ti系功能连续梯度形状记忆合金。本发明制备的Ni-Ti系功能连续梯度形状记忆合金具有均匀、连续变化的显微组织和连续变化的机械与相变特性，从而产生与目前匀质Ni-Ti形状记忆合金不同的超弹性和形状记忆性能。本发明制备的功能梯度合金制备过程工序简单，制备过程耗时短，成本低，适于推广；还可作为原料进行后续加工，加工性能良好。

附图说明

图1是差温梯度热处理原理示意图，图2是热炉差温梯度热处理示意图，图3是加热板差温梯度热处理示意图，图4是激光差温梯度热处理示意图，图5是双加热板差温梯度热处理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式Ni-Ti系功能连续梯度形状记忆合金按以下步骤制备：(一)将近等原子比Ni-Ti合金冷加工态板材和富镍Ni-Ti合金先进行预处理制成厚度为0.01mm～1cm的Ni-Ti合金板；(二)切割Ni-Ti合金板，再进行表面处理；(三)切割成形的Ni-Ti合金在温度梯度场中进行差温梯度热处理：差温梯度热处理Ni-Ti合金高温面温度为600±5℃，Ni-Ti合金低温面温度控制为250℃～300℃，差温梯度热处理时间为10～60min；(四)退火：近等原子比Ni-Ti合金采用空气自然冷却至室温，富镍Ni-Ti合金采用水淬冷却至室温，即得到Ni-Ti系功能连续梯度形状记忆合金。

本实施方式差温梯度热处理原理如图1所示，Ni-Ti合金高温面1温度为600±5℃，低温面3温度为250℃～300℃，高温面1与低温面3之间温度差为300℃～550℃，呈连续梯度变化。本实施方式成功的利用热量传递产生的连续变化的温度梯度在Ni-Ti合金板材上得到功能连续梯度，制备得到Ni-Ti系功能连续梯度合金致密，内部没有传统制备方法中由于不同材料结合而产生的内应力，梯度沿厚度方向连续均匀变化，梯度可控性良好，操作简单，宏观成分均匀。

本实施方式制备的Ni-Ti系功能连续梯度形状记忆合金可横向或纵向切割，形成呈不同功能梯度方向的Ni-Ti系功能连续梯度形状记忆合金，也可以将不同功能梯度方向的Ni-Ti系功能连续梯度形状记忆合金组合使用。

具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同点是：步骤(一)中近等原子比Ni-Ti合金冷加工态板材按原子百分比含49％～50.4％的Ni。其它步骤与实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与实施方式一的不同点是：步骤步骤(一)中富镍Ni-Ti合金按原子百分比含50.5％～55.0％的Ni。其它步骤与实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与实施方式一的不同点是：步骤(一)中近等原子比Ni-Ti合金冷加工态板材进行冷加工变形预处理，Ni-Ti合金板变形量为-30％～-60％。其它步骤与实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与实施方式一的不同点是：步骤步骤(一)中富镍Ni-Ti合金进行固溶处理预处理，固溶处理温度最低为800℃。其它步骤与实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与实施方式一的不同点是：步骤步骤(二)中将Ni-Ti合金板切割成圆形、方形、椭圆形、菱形或梯形。其它步骤与实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图2说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同点是：步骤(三)采用热炉差温梯度热处理切割成形的Ni-Ti合金。其它步骤与实施方式一相同。

本实施方式铁芯5在炉膛4中伸缩以控制Ni-Ti合金2高温面(左侧表面)温度为600±5℃，低温面(右侧表面)温度为250℃～300℃，差温范围为300℃～550℃(Ni-Ti合金2可以伸入热炉7中或停留在热炉7外)，Ni-Ti合金2用陶瓷管6固定。

具体实施方式八：结合图3说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同点是：步骤(三)采用加热板差温梯度热处理切割成形的Ni-Ti合金。其它步骤与实施方式一相同。

本实施方式Ni-Ti合金2用陶瓷管6固定在加热板8上，Ni-Ti合金2高温面(下表面)温度为600±5℃，低温面(上表面)温度为250℃～300℃，差温范围为300℃～550℃。

具体实施方式九：结合图4说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同点是：步骤(三)采用激光差温梯度热处理切割成形的Ni-Ti合金。其它步骤与实施方式一相同。

本实施方式激光9按运动方向10反复运动加热Ni-Ti合金2，Ni-Ti合金2高温面(上表面)温度为600±5℃，低温面(上表面)温度为250℃～300℃，差温范围为300℃～550℃。

具体实施方式十：结合图5说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同点是：步骤(三)采用双加热板差温梯度热处理切割成形的Ni-Ti合金。其它步骤与实施方式一相同。

本实施方式Ni-Ti合金2上下表面均有加热板，加热板11与加热板12之间的温度差为300℃～550℃，Ni-Ti合金2高温面温度为600±5℃，低温面温度为250℃～300℃。本实施方式Ni-Ti合金2上下表面均有加热板，加热板11与加热板12温度相同，Ni-Ti合金2高温面(上、下表面)温度为600±5℃，低温区(Ni-Ti合金中间层面)温度为250℃～300℃。

具体实施方式十一：本实施方式与实施方式一的不同点是：步骤(二)中Ni-Ti合金板表面采用喷砂、机械抛光、滑雪抛光或电化学抛光以除去合金板表面的氧化层。其它步骤与实施方式一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与实施方式七、八、九或十的不同点是：步骤(三)差温梯度热处理后反转Ni-Ti合金2的高温面与低温面，再次进行差温梯度热处理。其它步骤与实施方式一相同。

本实施方式可得到厚度方向呈对称的功能连续梯度形状记忆合金。