[发明专利]一种Ti5Si3/TiNi记忆合金复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ti₅Si₃/TiNi记忆合金复合材料及其制备方法，尤其是一种具有原位自生的TiNiSi记忆合金复合材料及其制备方法。

背景技术

TiNi基形状记忆合金由于具有形状记忆效应、超弹性、粘弹性、高阻尼等特性，其复合材料的智能属性越来越引起国内外学者关注。将毫米级的TiNi丝复合于铝(合金)、镁合金、高分子及水泥中，可使复合材料具有升温自增强、控制变形、抑制裂纹扩展、提高冲击韧性、减震降噪等特性；200580036111.7号专利申请公开了一种记忆合金纤维增强的复合材料，其是在纤维增强聚合物复合材料中加入形状记忆合金丝，以提高复合材料的抗冲击性；由于毫米级的TiNi丝比表面积小，在相变回复力作用下，其与基体的界面存在较大剪切应力，容易发生塑性变形或开脱，因此人们渴望获得比表面积大、界面结合强度高的微米或纳米级TiNi记忆合金原位自生复合材料。

因此，如何获得一种既具备记忆合金智能复合材料所具有的属性，同时又具有强度高，界面结合良好等优点的记忆合金复合材料，仍是本领域目前亟待解决的问题之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种Ti₅Si₃/TiNi记忆合金复合材料，其是通过原位自生而获得的Ti₅Si₃/TiNi记忆合金复合材料，具有强度高，界面结合良好等特点。

本发明的目的还在于提供上述Ti₅Si₃/TiNi记忆合金复合材料的制备方法，其是通过将金属单质进行熔炼得到Ti₅Si₃/TiNi记忆合金复合材料。

为达到上述目的，本发明提供了一种Ti₅Si₃/TiNi记忆合金复合材料，以所述记忆合金复合材料的总量计，其包括以下成分：原子百分比为6-33％的Si元素，Ti、Si、Ni三元素满足(50+x-y)∶3x∶(50-4x+y)(原子比)，其中x＝2-11，y＝0-3，Ti、Ni和Si三种元素的原子百分数之和为100％。

本发明提供的Ti₅Si₃/TiNi记忆合金复合材料由TiNi相和Ti₅Si₃相组成。TiNi相中含有少量Si元素，Ti₅Si₃相中含有少量Ni元素，通过控制三种元素的比例，可以控制Ti₅Si₃和TiNi两相的体积比，由此可以控制复合材料的强度与塑性。当x＝2时，该Ti₅Si₃/TiNi记忆合金复合材料强度最高。在本发明提供的具体技术方案中，Ti₅Si₃/TiNi记忆合金复合材料是以Ti、Ni和Si三种金属单质为原料通过熔炼制备，在熔炼过程中，Ti₅Si₃相会以原位自生的方式形成于TiNi基体中，两相界面结合良好，具有很高的界面结合强度。

根据本发明的具体技术方案，可以通过调整Si元素的含量来控制记忆合金复合材料中Ti₅Si₃相的体积百分数，从而调整复合材料的强度；优选地，Si的原子百分比含量(以Ti、Si和Ni元素的总原子百分比含量计)控制在6-15％；更优选地，Si的原子百分比含量控制在6-12％。

本发明提供的Ti₅Si₃/TiNi记忆合金复合材料中，除去按照原子比为5∶3形成的Ti₅Si₃相所需的Ti元素与Si元素之外，剩余的Ti元素与Ni元素形成TiNi相，优选地，TiNi相中Ti元素与Ni元素的原子比(0.9-1.1)∶1。通过控制TiNi相中的Ti和Ni的原子比，可以避免Ti₅Si₃/TiNi记忆合金复合材料中产生Ti₂Ni、Ni₃Ti等脆性相。