[发明专利]一种NiTiNb形状记忆合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于形状记忆合金领域，具体涉及一种NiTiNb形状记忆合金及其制备方法。

背景技术

形状记忆合金以其奇特的形状记忆效应成为人们广泛关注的新型金属功能材料之一。目前的三大类形状记忆合金中（NiTi基、Cu基、Fe基），NiTi基合金的记忆性能最为优异，同时具有良好的力学性能和生物相容性，因此其研究和应用最为广泛和成功。

在众多的NiTi基形状记忆合金中，Ni₄₇Ti₄₄Nb₉（at%）合金以其独特的相变宽滞后而引起了工程界的广泛重视。用这种合金制成的管接头进行扩径后，其回复温度A_s^’（马氏体向母相转变开始温度）可以从约-74℃提高至约54℃，相变滞后明显增宽，实现了扩径后在室温下的运输、储存和加工，大大增加了应用便利性。但是，随着更多特殊应用需求的出现，Ni₄₇Ti₄₄Nb₉合金也暴露出了一个新的问题：其M_s（母相向马氏体转变开始温度）约为-90℃，低于这个温度会发生低温应力松弛，不利于更低温环境内的使用。为了解决此问题，迫切需要研究如何进一步增宽NiTiNb合金的相变滞后（A_s^’-M_s），使其M_s温度更低，且A_s^’维持在室温以上。

目前的研究表明：保持Ni成分不变时，随着Nb含量的升高，合金的M_s温度逐渐降低；保持Ti成分不变时，随着Nb含量的升高，合金的M_s温度变化幅度不大，呈现先略微下降后略微上升的趋势；保持Nb成分不变时，随着Ni含量的升高，合金的M_s温度逐渐降低。

可以看出，Ni和Nb是降低M_s温度元素，而Ti则是升高M_s温度元素。通过调整Ni、Ti、Nb三种元素的含量，即改变Ni/Ti/Nb原子比，就可以在一定范围内改变NiTiNb合金的M_s温度以及相变滞后。但大量的“试错”研究表明，目前只有与Ni₄₇Ti₄₄Nb₉合金基体相化学成分接近的成分区域，如Ni₅₀Ti_45.5Nb_4.5，被认为是M_s温度、A_s^’温度、室温三者之间的最佳匹配：M_s约在-90℃，配合以一定的变形模式（如M_s+30℃进行16%变形），即可使合金的A_s^’从约-74℃提高至约54℃（略高于室温），获得144℃的宽滞后（A_s^’-M_s）。

因此，在最佳Ni₅₀Ti_45.5Nb_4.5基体相成分的基础上，如果再通过调整Ni、Ti、Nb三种元素的含量，已经不能再进一步降低合金M_s温度、增宽相变滞后、且与室温保持优化匹配，必须通过其他方法来实现。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种NiTiNb形状记忆合金，本发明要解决的另一个技术问题是提供一种NiTiNb形状记忆合金制备方法。

本发明的NiTiNb形状记忆合金，其特点是，该合金中各元素的原子百分比含量为：

Ni50.5%~55%；

Ti39%~45.5%；

Nb3%~6.5%；

以上组分含量之和满足100%。

本发明的NiTiNb形状记忆合金制备方法，其特点是，包括如下步骤：

a.采用真空自耗熔炼、真空感应熔炼或真空等离子熔炼中的一种真空熔炼方法，获得以Ni、Ti和Nb作为主要化学成分的合金；

b.将步骤a获得的产物通过锻造、热轧、冷轧或冷拉工艺加工成型材；

c.将步骤b获得的产物在热处理炉中进行固溶处理；

d.将步骤c获得的产物在热处理炉中进行时效处理，得到所需。

步骤c中的固溶处理的温度为900℃~1050℃，保温时间为1~4小时，冷却方式为水冷。