[发明专利]一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法

说明书

本发明公开了一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法，该方法包括：一、裁制60NiTi(X)圆柱坯；二、采用直流电源加热升温后滚珠镦制；三、热处理软化；四、锉削和粗磨；五、热处理硬化珠；六、细磨和抛光后得到60NiTi(X)轴承滚珠。本发明根据60NiTi(X)材料的热加工特性，采用60NiTi(X)材料自身电阻加热的方式进行均匀加热，不仅保证了压缩变形的顺利进行，而且能承受高速率大变形量而不开裂，有效控制了60NiTi(X)轴承滚珠的尺寸稳定性，避免60NiTi(X)轴承滚珠超弹性变形时的塑性变形，延长了使用寿命。

技术领域

本发明属于金属间化合物型材制备技术领域，具体涉及一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法。

背景技术

美国国家航空航天局(NASA)在本世纪初发现金属间化合物Nitinol60(Ni和Ti的重量比60:40)具有很高的硬度(56～62HRC)，且具有非常优异的摩擦磨损性能。同时，Nitinol 60还具有弹性模量低、超弹性(高承载能力)、密度小、导电无磁等性能，是一种非常理想的轴承材料。鉴于Nitinol 60巨大的应用前景，Nitinol 60以及相应富镍的三元镍钛金属间化合物60NiTi-X(X元素为Hf、Ta、Zr、Al、Nb、Mo、V、Cr、W、Co、Cu等)逐渐成为新型轴承材料研究的热点。

美国在2010年使用粉末冶金法制备Nitinol 60的轴承滚珠，2012年申请了Nitinol 60球轴承的粉末冶金制备技术专利，并且在2016年制定了60Ni-40Ti材料粉末冶金铸锭的技术标准，并在2015年将Nitinol 60轴承应用在国际空间站的废水处理系统。

美国2016年公布的标准(MSFC-SPEC-3706)《SPECIFICATION FOR60Ni-40TiBILLETS》将Nitinol 60命名为60Ni-40Ti，其中规定60Ni-40Ti中Ti元素的质量百分比范围为39％～41％，而学术界一般使用60NiTi来代表该材料，将以60NiTi为基础添加少量合金元素发展的三元合金记为60NiTi-X(X元素为Hf、Ta、Zr、Al、Nb、Mo、V、Cr、W、Co、Cu等)，其中60NiTi-X中合金元素含量一般不超过10％，Ni元素质量百分比不小于56％。

轴承滚珠的传统生产主要采用钢材小圆柱冷镦成型的方式制备。但是对于60NiTi和60NiTi-X，因其相结构复杂，包含多种脆性相，力学性能也表现出脆性特征。60NiTi在室温压缩时的流变抗力在2.5GPa，而且表现出超弹性，抗力大，回弹大，尺寸难以精确控制。唯一报道过的60NiTi滚珠制备方法是NASA的粉末冶金法，然而，粉末冶金不仅工序多，工期长，成本高，而且还存在粉体易收到氧化污染，热等静压后材料内部存在结合缺陷等问题。使用机械加工的方法制备滚珠，材料利用率低，加工效率低，无法满足该材料轴承滚珠的需求。更为重要的是，粉末冶金和机械加工的60NiTi和60NiTi-X滚珠未经过挤压变形，容易在较大载荷下产生塑性变形，影响轴承使用寿命。因此，目前尚无一种快速高效的60NiTi和60NiTi-X滚珠制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法。该方法根据60NiTi(X)材料的热加工特性，采用60NiTi(X)材料自身电阻加热的方式进行均匀加热，不仅保证了压缩变形的顺利进行，而且能承受高速率大变形量而不开裂，有效控制了60NiTi(X)轴承滚珠的尺寸稳定性，避免60NiTi(X)轴承滚珠发生超弹性变形时产生的微小塑性变形，延长了使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法，其特征在于，将富镍的镍钛金属间化合物记为60NiTi(X)，所述60NiTi(X)为60NiTi和60NiTi-X中的一种，其中，60NiTi中Ti的质量含量为39％～41％，60NiTi-X中Ni的质量含量不小于56％，X的质量含量不超过10％，且X为Hf、Ta、Zr、Al、Nb、Mo、V、Cr、W、Co或Cu，该方法包括以下步骤：