一种提高4D打印记忆钛合金腐蚀性能的方法

摘要

本发明涉及钛合金材料加工制备领域，具体是一种提高4D打印记忆钛合金腐蚀性能的方法。该方法的具体实施过程为：首先通过4D打印的方式得到记忆钛合金材料；将4D打印得到的记忆钛合金材料于真空环境中升温到1000～1100，保温1～4h后炉冷，在保温的同时还可以施加100～150MPa的压力，得到后处理的4D打印记忆钛合金材料；本发明将4D打印记忆钛合金材料在析出相回溶温度之上保温，使得析出相回溶并且消除内应力，炉冷过程中再次重析出，促进组织和成分的均匀，可以大幅度提升腐蚀性能；保温的同时施加压力还可以促进4D打印产生小尺寸冶金缺陷消融，进一步提升腐蚀性能。

说明书

技术领域：

本发明涉及钛合金材料加工制备领域，具体是一种提高4D打印记忆钛合金腐蚀性能的方法。

背景技术：

形状记忆钛合金是一种具有形状记忆效应或者超弹性的功能性材料。该类材料的发现，让人们对认知概念中的金属为热胀冷缩及金属的弹性变形为线性关系等传统观点产生了改变，并且胡克定律也不再适用。形状记忆钛合金具有高温下稳定的奥氏体和低温下稳定的马氏体两种不同的相，孪晶马氏体、去孪晶马氏体和奥氏体三种不同的晶体结构。在冷却过程中奥氏体相转变为马氏体相，当形状记忆合金加热时，马氏体相会转变成奥氏体相，并且试样开始恢复初始的形状。

根据记忆效应，记忆钛合金被广泛应用于制备管接头，制备的管接头使用时将制备的内径比被连接件外径尺寸约小4％的管接头在低温下使用相关模具进行扩张7％～8％。扩径后的管接头在低温环境下进行储存备用，需要的时候将被连接件在管接头的两侧插入，然后使管接头温度上升到室温之后便恢复到未扩张之前的状态，将被连接件紧紧卡住。利用形状记忆效应可以将形状记忆合金制作成驱动和储能装置，同时该类合金在工作环境中随温度的变化可以自发进行吸/放热后的相转变，因此在实现驱动的同时还具有感温的特性，可以制备成热敏控制的传感兼具驱动的双重功能原件，且记忆合金的驱动和控制器具有结构紧凑和不受温度以外的环境和气氛影响的特点。

随着记忆钛合金使用范围的不断扩大以及随着航空航天技术的蓬勃发展，高能化装备对记忆钛合金的性能要求越来越高，尤其是在耐腐蚀性能。同时构件的结构和形状也越来越复杂，使用4D打印的方式可以实现记忆钛合金复杂结构和形状的一体化成形，如何提升4D打印记忆钛合金材料的腐蚀性能是该技术在构件领域应用需要解决的关键问题之一。

发明内容：

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种提高4D打印记忆钛合金腐蚀性能的方法，通过设计合理的热处理技术来提升4D打印记忆钛合金腐蚀性能，对推动其在航海航空航天领域应用具有重要的意义。

为了实现以上目的，本发明的技术方案：

一种提高4D打印记忆钛合金腐蚀性能的方法，该方法具体过程为，通过4D打印的方式得到记忆钛合金材料。

所述的提高4D打印记忆钛合金腐蚀性能的方法，4D打印的方式为铺粉型的激光选区熔化、铺粉型的电子束熔化或送粉型的激光熔覆沉积。

所述的提高4D打印记忆钛合金腐蚀性能的方法，将4D打印得到的记忆钛合金材料于真空环境中升温到1000～1100℃，保温1～4h后炉冷，得到后处理的4D打印记忆钛合金材料。

所述的提高4D打印记忆钛合金腐蚀性能的方法，在保温热处理的同时还施加100～150MPa的压力。

所述的提高4D打印记忆钛合金腐蚀性能的方法，记忆钛合金包含Ti-Ni或在此基础上面发展出来的记忆钛合金。

所述的提高4D打印记忆钛合金腐蚀性能的方法，4D打印记忆钛合金材料在真空环境下升温到1000～1100℃，在该温度下保温1～4h后，析出相回溶，之后自然炉冷到室温出炉，得到低内应力、析出相重析出，组织和成分均匀的记忆钛合金材料。

所述的提高4D打印记忆钛合金腐蚀性能的方法，4D打印记忆钛合金材料在真空环境下升温到1000～1100℃，在该温度下保温1～4h后，析出相回溶，保温的同时施加100～150MPa的压力，得到无冶金缺陷、析出相重析出，组织和成分均匀的记忆钛合金材料。

本发明的设计思想是：

在真空环境下将4D打印记忆钛合金材料升温到1000～1100℃下保温1～4h后炉冷，得到热处理后的4D打印记忆钛合金材料；在保温热处理的同时还可以施加100～150MPa的压力，得到热等静压的记忆钛合金。将4D打印记忆钛合金材料在析出相回溶温度之上保温使得析出相回溶并且消除内应力，炉冷过程中再次重析出，促进组织和成分的均匀，提升腐蚀性能；保温的同时施加压力可以促进4D打印产生的冶金缺陷进一步消融，也可以促进炉冷过程中析出相的均匀分布，进一步提升腐蚀性能。

本发明的优点及有益效果在于：

本发明是一种提高4D打印记忆钛合金腐蚀性能的方法，将4D打印记忆钛合金材料升温到1000～1100℃下保温1～4h后炉冷，在析出相回溶温度之上保温使得析出相回溶并且消除内应力，炉冷过程中再次重析出，促进组织和成分的均匀；保温的同时施加压力可以促进4D打印产生的冶金缺陷进一步消融，也可以促进炉冷过程中析出相的均匀分布，进一步提升腐蚀性能。提升4D打印记忆钛合金材料的腐蚀性能是该技术在构件领域应用需要解决的关键问题之一，推动其在航海航空航天领域应用具有重要的意义。

具体实施方式：

在具体实施过程中，本发明4D打印记忆钛合金在真空环境下1000～1100℃下保温1～4h；保温的同时也可以施加压力，自然炉冷到室温出炉。

下面，通过对比例和实施例进一步详细阐述本发明。

对比例

本对比例的具体过程为：通过激光选区熔化4D打印的方式得到Ti-Ni记忆钛合金；按原子百分比计，其化学成分为：Ti 50at％，Ni50 at％。采用磷酸盐缓冲液(PBS)，利用37℃水浴的方式测试4D打印Ti-Ni记忆钛合金的腐蚀性能，得到腐蚀电流(i

实施例1

本实施例中，通过激光选区熔化4D打印的方式得到Ti-Ni记忆钛合金；按原子百分比计，其化学成分为：Ti 50at％，Ni50 at％。将4D打印记忆钛合金在真空环境下1020℃下保温4h，析出相回溶，自然炉冷到室温出炉，得到低内应力为34.8MPa、析出相Ti

采用磷酸盐缓冲液(PBS)，利用37℃水浴的方式测试4D打印Ti-Ni记忆钛合金的腐蚀性能，得到腐蚀电流(i

实施例2

本实施例中，通过激光选区熔化4D打印的方式得到Ti-Ni记忆钛合金；按原子百分比计，其化学成分为：Ti 50at％，Ni50 at％。将4D打印记忆钛合金在真空环境下1020℃下保温4h，析出相回溶，保温的同时施加140MPa的压力，自然炉冷到室温出炉，得到无冶金缺陷、析出相Ti

采用磷酸盐缓冲液(PBS)，利用37℃水浴的方式测试4D打印Ti-Ni记忆钛合金的腐蚀性能，得到腐蚀电流(i

将对比例和实施例1～实施例2热处理后得到的4D打印Ti-Ni记忆钛合金腐蚀性能进行检测，结果见下表1。

表1对比例和实施例1～实施例2热处理后得到的4D打印Ti-Ni记忆钛合金腐蚀性能

从表1可以看出，将采用本发明方法得到的热处理后的4D打印Ti-Ni记忆钛合金腐蚀性能。表1里面腐蚀电流(i

实施例结果表明，本发明提高4D打印记忆钛合金腐蚀性能的方法，无冶金缺陷、析出相再次析出、组织和成分的均匀的记忆钛合金材料相较于原始4D打印记忆钛合金材料腐蚀性能大幅度提升。

以上所述，仅是本发明的较最佳的案例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。