[发明专利]一种含硼形状记忆合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含硼形状记忆合金及其制备方法，该含硼形状记忆合金由Ni、Ti、Zr以及B制备得到，且含硼形状记忆合金的化学式为Ni_51‑yTi_49‑xZr_xB_y；其中，x＝1.0～5.0，y＝1.0～3.0，且x、y分别为Zr、B在合金中所占的摩尔百分比。该含硼形状记忆合金通过添加硼元素形成具有纳米尺度的TiB₂粒子，作为异质形核核心细化基体组织来提高合金的强度并改善其塑性，从而使得该合金具有高强韧、高弹性以及可恢复性能好的优点，能满足形状记忆合金对高热稳定性以及优异塑性的使用要求。该含硼形状记忆合金的制备方法整体工艺简单，容易控制，容易实现连续性生产，且生产成本低。

技术领域

本发明涉及形状记忆合金技术领域，具体而言，涉及一种含硼形状记忆合金及其制备方法。

背景技术

形状记忆合金是一种独特的材料，能够在卸载或加热后实现变形并恢复到预定的形状。迄今为止，具有实际应用价值的形状记忆合金主要有三类：Ni-Ti基、Fe基和Cu基记忆合金，其中Ni-Ti基记忆合金具有形状记忆特性好、抗疲劳特性强、强度高、生物相容性优异等特点，适合大多数领域中的应用。而Fe基和Cu基记忆合金成本较低，但其稳定性和热机械性能较差限制了其发展和应用。即使目前最为成熟的NiTi形状记忆合金，其抗拉强度和马氏体相变温度仍偏低，尚不能满足航空航天、核电工程、飞机变形机翼、太空机器人等某些关键驱动装置对材料服役性能的需求。

通过在NiTi二元合金中添加Pd、Pt、Au等元素替代Ni或添加Zr、Hf等元素替代Ti均可提高马氏体相变温度。添加合金化元素Cu、Nb、Fe等，不仅大幅度降低合金的相变温度，而且还使M相变和R相变分离。NiTi二元合金基体强度偏低，马氏体相变临界剪切应力并不显著高于塑性滑移临界应力，故合金在变形过程中容易发生滑移造成记忆性能恶化。如在二元NiTi合金中添加Hf会造成严重的晶格畸变，导致其室温塑性变形能力变差。目前NiTiHf合金的单次最大冷变形量不到20％，严重制约了后续零部件的工艺成形。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过复合添加Zr和B以形成纳米共格相TiB₂和细化晶粒的方式来提高NiTi合金的基体强度的含硼形状记忆合金及其制备方法，使得该含硼形状记忆合金兼具高强韧特性。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种含硼形状记忆合金，该含硼形状记忆合金由Ni、Ti、Zr以及B制备得到，且含硼形状记忆合金的化学式为Ni_51-yTi_49-xZr_xB_y；其中，x＝1.0～5.0，y＝1.0～3.0，且x、y分别为Zr、B在合金中所占的摩尔百分比。

在可选的实施方式中，按照原子百分比含量计，Ni的含量为48.0at％～50.0at％，Ti的含量为44.0at％～48.0at％，Zr的含量为1.0at％～5.0at％，B的含量为1.0at％～3.0at％。

在可选的实施方式中，Ni、Ti、Zr以及B的纯度均大于99.9wt％；且含硼形状记忆合金呈纳米相增强多元固溶体结构。

第二方面，本发明提供一种前述实施方式中任一项的含硼形状记忆合金的制备方法，包括以下步骤：

将清洗后的Ni原料、Ti原料、Zr原料以及B原料分别经加料系统推入熔炼室，得到熔融金属液；

将一部分的熔融金属液经电子束照射熔化后滴入水冷铜床形成凝壳，并在电子束连续照射下凝壳表面熔化形成凝壳熔池，并使剩下一部分的熔融金属液流经凝壳熔池后经过结晶器得到铸锭；

将铸锭放置在真空炉中进行均匀化热处理，并随炉冷却；