[发明专利]一种多功能钛合金、制备方法及其应用

说明书

本申请涉及钛合金技术领域，特别涉及一种多功能钛合金、制备方法及其应用。本申请公开的钛合金的制备方法，包括步骤：步骤a、根据多功能钛合金中的合金成分，熔炼制备得到钛合金，其中，所述合金成分包括：2～20wt％的Nb、3～8wt％的Zr、2～6wt％的Sn、0.5～3wt％的Fe、0.1～0.7wt％的O和余量的Ti；步骤b、将所述钛合金在α+β两相区进行热变形；步骤c、将热变形后的所述钛合金进行退火热处理；步骤d、将退火热处理后的所述钛合金进行预变形，得到所述多功能钛合金，解决了现有的合金因弹性功能性和高强度的相互排斥，使功能性和结构性不可兼得，难以在同一种合金中实现高弹性和高强度的技术问题。

技术领域

本申请涉及新材料技术领域，特别是涉及钛合金及其制备，具体为一种具有宽应变范围超弹性、超高温形状记忆效应、超低弹性模量和高强度的多功能钛合金、制备方法及其应用。

背景技术

随着科学技术的发展和使用需求的提高，众多领域对金属部件提出了更高的要求。例如：在航空航天、汽车、生物医疗、智能机器人等领域，很多应用场合要求金属部件具备超弹性、形状记忆效应、高弹性和高强度等特性。

金属材料的超弹性和形状记忆效应源自于可逆热弹性马氏体相变，应力诱导产生的马氏体在应力卸载后或在一定温度加热后将逆转变回母相奥氏体，从而获得超弹性和形状记忆效应的弹性功能性(Jani J.,Leary M.,Subic A.,Gibson M.,A review of shapememory alloy research,applications and opportunities,2014,Materials andDesign,56:1078-1113)。然而，此类金属材料的强度特别是屈服强度一般较低。金属材料的弹性由其弹性模量和屈服强度共同决定，弹性模量越低，屈服强度越高，弹性变形能力越好。具备低弹性模量、超弹性和形状记忆效应等弹性功能性的金属材料的原子间键合力较低，因此强度也较低。弹性功能性和高强度的相互排斥使得低弹性模量、超弹性和形状记忆效应等弹性功能性和高强度的结构性不可兼得，难以在同一种金属材料中实现高弹性和高强度，因而限制了其进一步应用。

现有技术中，目前通常是亚稳β钛合金依靠应力诱导β→α″马氏体转变及其逆转变获得超弹性和形状记忆效应，但性能测试表明，其超弹性一般表现在低应变范围(低于8％)，形状记忆效应的形状回复温度一般低于200℃(Ramezannejad,A.,Xu W.,Xiao W.L.,Fox K.,Liang D.,Ma Q.,New insights into nickel-free superelastic titaniumalloys for biomedical applications,Current Opinion in Solid State andMaterials Science,2019,23:100783；Ramezannejad,A.,Xu W.,Ma Q.,Ni-freesuperelastic titanium alloys for medical and dental applications,Titanium inMedical and Dental Applications,2018:591-611)，不能满足一些需要承受高应变和高温的特殊服役环境的需求。同时亚稳β钛合金的弹性模量约为50～80GPa范围，远高于人骨的5～30GPa，低弹性模量和高强度的互斥使得强度较低，弹性应变往往低于1.5％。通过α析出强化或剧烈塑性变形可获得高强度，但α析出提高强度的同时弹性模量提高至80GPa以上，难以同步实现低弹性模量和高强度。

因此，提供一种同时具备弹性功能性和高强度的金属材料成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种多功能钛合金、制备方法及其应用，解决了现有的合金因弹性功能性和高强度的相互排斥，使功能性和结构性不可兼得，难以在同一种合金中实现高弹性和高强度的技术问题。

本申请第一方面提供了一种多功能钛合金的制备方法，包括步骤：