[发明专利]一种低应力驱动高弹性全马氏体镍钛合金和制备方法

说明书

本发明涉及一种低应力驱动高弹性全马氏体镍钛合金和制备方法，制备方法包括以下步骤，将镍原料和钛原料混合后进行熔炼，经过快速凝固后，获得具有复合孪晶变体的全马氏体镍钛合金铸锭；将全马氏体镍钛合金铸锭进行热处理；将经过热处理后的全马氏体镍钛合金铸锭沿多个不同方向轧制，获得组织均匀的低应力驱动高弹性全马氏体镍钛合金。本方法通过对熔炼成型的全马氏体镍钛合金铸锭沿多个不同方向轧制，有效消除了织构的影响，获得组织均匀的镍钛合金材料。本发明制备的全马氏体镍钛合金，具有相对较低的模量，在低应力驱动下可表现出孪晶变体回复引致的高弹性行为，可应用在小载荷服役环境中有高弹性需求的精密执行与驱动器件中。

技术领域

本发明涉及低模量高弹性材料技术领域，特别是涉及一种低应力驱动高弹性全马氏体镍钛合金和制备方法。

背景技术

形状记忆合金自从被发现至今已有近半个世纪。形状记忆合金除了具有形状记忆效应和超弹性外，还具有优良的理化性能和生物相容性，因此在工程应用上具有很高的应用价值和前景。

NiTi合金在生物医学领域的应用已经有相当多的例子，其应用包括NiTi合金心血管支架、微创医疗器械、矫形外科和口腔医学等领域。同时NiTi合金在航空航天工业领域、土木工程、建筑等领域也有许多成功的应用，而上述诸多应用主要依赖于形状记忆合金的两大特性：形状记忆效应和超弹性。

随着科学技术的发展，许多应用器件朝着微型化和精密化方向发展，在服役过程中对更低应力驱动的高弹性甚至超弹性功能提出了更高的要求。

因此，制备一种低应力驱动高弹性合金成为人们的迫切需求。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一是：提供一种低应力驱动高弹性全马氏体镍钛合金的制备方法，通过对熔炼成型的全马氏体镍钛合金铸锭沿多个不同方向轧制，有效消除了织构的影响，获得组织均匀的镍钛合金材料。

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之二是：提供一种低应力驱动高弹性全马氏体镍钛合金，具有相对较低的模量，在低应力驱动下可表现出孪晶变体回复引致的高弹性行为，可应用在小载荷服役环境中有高弹性需求的精密执行与驱动器件中。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低应力驱动高弹性全马氏体镍钛合金的制备方法，包括以下步骤，

将镍原料和钛原料混合后进行熔炼，经过快速凝固后，获得具有复合孪晶变体的全马氏体镍钛合金铸锭；

将全马氏体镍钛合金铸锭进行热处理；

将经过热处理后的全马氏体镍钛合金铸锭沿多个不同方向轧制，获得组织均匀的低应力驱动高弹性全马氏体镍钛合金。

进一步，镍原料和钛原料以1：1的原子比混合。

进一步，镍原料纯度高于99.6％，钛原料纯度高于99.7％。

进一步，镍原料和钛原料在真空环境中熔炼，真空度高于5.0×10^-3Pa。

进一步，熔炼过程中真空环境充入惰性气体作为保护气体。

进一步，热处理温度为840-900℃，保温时间不少于8h。

进一步，全马氏体镍钛合金铸锭的轧制包括以下步骤，将全马氏体镍钛合金铸锭切成长方体，再使用二辊同步热压延机沿着长方体的x、y、z三个方向依次轧制。

进一步，三个方向依次轧制并重复3-5遍，以使全马氏体镍钛合金铸锭组织均匀，以弱化并消除具有择优取向的合金组织，从而获得组织均匀的全马氏体镍钛合金。

进一步，轧制过程中二辊同步热压延机速率为0.8-1.5m/min，每道次的压下量为10-15％，轧制温度为200-300℃。