[发明专利]Ti-Ni-Cu-Co材料的激光增材加工方法及应用

说明书

本发明提供一种Ti‑Ni‑Cu‑Co材料的激光增材加工方法及应用。该加工方法包括：Ti‑Ni‑Cu‑Co合金粉末形成待处理层，Ti‑Ni‑Cu‑Co合金粉末的分子式为(Ti_xNi_100‑x‑yCu_y)_100‑zCo_z，其中，50≤x≤65,10≤y≤25,1≤z≤10；2)根据打印工艺参数对待处理层进行激光增材处理，形成目标层；3)重复执行步骤1)‑步骤2)，形成Ti‑Ni‑Cu‑Co合金件；激光增材处理中，激光功率为60‑180W，激光扫描速度为200‑1400mm/s，激光扫描间距为50‑130μm。该加工方法不仅能保证加工件的力学性能，更能使加工件具有好的高压缩稳定性和弹热效应。

技术领域

本发明涉及激光增材制造领域，特别涉及一种Ti-Ni-Cu-Co材料的激光增材加工方法及应用。

背景技术

随着人们对食品储存运输、空间制冷和工业制冷的需求日益增加，制冷技术在现代社会扮演着一个举足轻重的角色。全球制冷用电量占总用电量的25％-30％。目前使用最为广泛的制冷技术是蒸气压缩制冷技术，因该技术的大量使用已经产生并加剧了许多全球范围内的环境问题。早期的氟利昂(CFC)、氢氯氟烃(HCFC)类制冷剂的使用会破坏臭氧层，而其替代物氢氟烃(HFC)类制冷剂又普遍具有很高的温室效应，为了改善这些制冷剂带来的臭氧空洞和全球变暖危机，新型环境友好型制冷剂的研发迫在眉睫。弹热制冷技术是近年来新兴的一种非蒸气压缩制冷技术，其基本原理于2004年被英国科学家提出，在2014被美国能源部认可为最具潜力的新型制冷技术。

目前，有很多种弹热材料正在被研究，其中包括Ni-Ti基、Cu基、Ni-Mn基形状记忆合金。在这些材料体系中，Ni-Ti基形状记忆合金被研究的最为广泛，因为其具有出色的力学性能，较大的弹热效应，优异的抗腐蚀性和商业应用前景。但是，二元Ni-Ti基形状记忆合金的应力滞后较大，会导致在加卸载时产生较多的能量损耗，这是在制冷循环中不愿意被看到的。此外，目前所研究的二元Ni-Ti基形状记忆合金在应用中的循环稳定性较差，难以符合人们对制冷循环的循环稳定性的要求。现已证明Cu原子部分取代Ni原子可以非常有效降低记忆合金样品的应力滞后，并且还能显著增加样品的循环稳定性。在富钛的Ti-Ni形状记忆合金中添加Cu元素可以析出Ti₂Cu，该析出相的存在可以非常有效的提高晶格相容性，其循环性能相较与原始二元Ni-Ti合金有着显著的提高。经过设计的富钛的Ti-Ni-Cu合金的相变温度一般都高于室温，然而不满足人们所期望的弹热效应发生的理想工作温度室温。为了降低富钛的Ti-Ni-Cu合金的相变温度，现有技术中通过合金化的方法掺入第四种元素，这种元素将会在不改变相变路径、相变潜热、温度滞后、应力滞后和循环性能的前提下有效的降低合金的相变点，从而得到室温下的弹热效应。

然而，现有的Ti-Ni-Cu-Co合金塑性较差，机加工困难，无法制造出具有大比表面积、孔道等结构的零件，难以实现弹热制冷的高热交换效率。

发明内容

本发明提供一种Ti-Ni-Cu-Co材料的激光增材加工方法，该加工方法能够以Ti-Ni-Cu-Co合金粉末为对象，进行激光增材加工，可以制造出具有大比表面积、孔道的合金件，进而能够使合金件具有良好的压缩循环稳定性和弹热效应。

本发明还提供一种Ti-Ni-Cu-Co合金件，该合金件具有良好的压缩循环稳定性和弹热效应。

本发明提供一种Ti-Ni-Cu-Co材料的激光增材加工方法，包括以下步骤：

1)预置Ti-Ni-Cu-Co合金粉末形成待处理层，所述Ti-Ni-Cu-Co合金粉末的分子式为(Ti_xNi_100-x-yCu_y)_100-zCo_z，其中，50≤x≤65,10≤y≤25,1≤z≤10；

2)根据打印工艺参数对所述待处理层进行激光增材处理，形成目标层；