[发明专利]一种Ti-Ni-Co弹热制冷板材的制备方法及其材料

说明书

本发明公开了一种Ti‑Ni‑Co弹热制冷板材的制备方法及其材料，包括：根据弹热制冷材料化学通式Ti_49.2Ni_50.8‑xCo_x中的金属元素Ti、Ni、Co的原子比将高纯金属Ti、Ni、Co颗粒混合，采用非自耗真空电弧熔炼法，熔炼得到多晶铸锭；在真空条件下高温固溶，淬火，机械磨抛，热轧得到粗晶态板材；水冷淬火，多次轧制得到冷轧板材；切割封管保存，中温时效处理，机械磨抛；再次作封管保存，低温时效处理，机械磨抛，得到Ti‑Ni‑Co弹热制冷板材。本发明基于TiNi大绝热温变的基础，通过Co元素掺杂以及加工工艺调控，获得了具有更宽的弹热温区，更佳弹热循环稳定性的TiNiCo形状记忆合金。

技术领域

本发明涉及一种新型弹热制冷材料的制备与应用，具体涉及一种宽超弹温域下，高弹热循环稳定性TiNiCo形状记忆合金板材的制备及其材料。

背景技术

经过数百年的科技发展，建筑、工业、交通运输已然成为了我国国民经济发展能源消耗三大巨头，其中建筑、工业耗能更是接近占到社会能源总消耗的70％左右，而制冷能耗更是占据两者的50％左右。同样，伴随着近百年的工业科技飞速发展，制冷需求的爆炸式增长带来的远不仅是能源巨大消耗问题，还带来了攸关人类命运的其他问题。截至目前，应用最为广泛的制冷技术仍然是传统空气制冷压缩机，传统空压制冷机虽然具有诸如制冷系数COP高等优点，但是，其所使用的以氟利昂为代表的卤代烷烃制冷剂在进入到大气后会与臭氧结合反应，造成臭氧层空洞.

弹热制冷技术是指弹热材料在(形状记忆合金)受到单轴压缩或拉伸应力作用下，材料发生应力诱发马氏体相变，即弹热材料发生由奥氏体向马氏体的转变，在此过程中放出相变潜热，而外载荷卸除后，弹热材料的将发生由马氏体向奥氏体的逆相变过程，吸收相变潜热，导致材料自身温度下降，即为弹热制冷效应。弹热制冷效应其本质为材料的一级马氏体相变，因其仅涉及两相固态相变，而被认作是一种有效的固态制冷方式。TiNi基形状记忆合金是目前应用最为广泛，商用最为成熟的形状记忆合金。TiNi基形状记忆合金因其自身的强一级相变，具较大的相变潜热，故其在弹热制冷领域颇具潜力。但同样受限于一级马氏体相变，TiNi基形状记忆合金存在超弹温度敏感性高，弹热温区受限，弹热效应衰退弹热疲劳严重等诸多问题，其衡量指标有半高宽弹热温区(最大绝热温变的半值所对应的温域)以及多次循环后绝热温变的衰减值等。以常见的TiNi二元体系具体为例，其绝热温变值虽高达10-25K，但其半高宽弹卡温窗仅为50K左右，超弹温窗70K左右，多次弹热循环后绝热温变衰减严重，某些材料甚至高达5K以上，此些问题限制着形状记忆合金在某些领域的工程应用。因此，降低弹热材料超弹温度敏感性，拓宽弹热温区、半高宽弹热温窗并提高材料的抗弹热疲劳特性，具有重要的工程意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ti-Ni-Co弹热制冷板材的制备方法，通过元素掺杂、加工强化、时效强化多手段结合，有效拓宽TiNi基形状记忆合金弹热温区并改善TiNi基形状记忆合金弹热疲劳性能，降低弹热材料超弹温度敏感性，拓宽弹热温区、半高宽弹热温窗，并提高材料的抗弹热疲劳特性和高循环稳定。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面，提供了一种Ti-Ni-Co弹热制冷板材的制备方法，包括：

步骤1，根据弹热制冷材料化学通式Ti_49.2Ni_50.8-xCo_x中的金属元素Ti、Ni、Co的原子比将高纯金属Ti、Ni、Co颗粒混合，式中，1≤x＜6；

步骤2，采用非自耗真空电弧熔炼法，在氩气保护气氛、真空条件下，采用高频引弧，控制熔炼电流，在磁搅拌下熔炼得到多晶铸锭；

步骤3，将多晶铸锭在真空条件下高温固熔，然后进行水冷淬火，对淬火后的多晶铸锭表面氧化层作机械磨抛；

步骤4，将经固溶磨抛后的铸锭热轧处理，得到粗晶态板材，水冷淬火；