[发明专利]一种控制增材制造形状记忆合金成分准确性的方法

说明书

一种控制增材制造形状记忆合金成分准确性的方法，在分析增材制造过程中元素烧损机理的基础上，提出“以拟增材制造合金中沸点最高的元素作为基准，充分考虑易烧损元素间的相互作用，建立合金中易烧损元素绝对烧损率函数对合金进行补损反求拟增材制造合金配材成分”，进而实现控制增材制造形状记忆合金成分的准确性，所制备记忆合金成分各元素误差不超过2%。本发明所述方法，可适用于现阶段各种体系的二元、三元和多元记忆合金增材制造成分控制，也可适用于不同的增材制造工艺方法，而且简便易行，具有极高的实用性。

技术领域

本发明属于金属增材制造技术领域，尤其是形状记忆合金增材制造技术领域，具体地说是一种控制增材制造形状记忆合金成分准确性的方法。

背景技术

形状记忆合金(shape memory alloys，SMA)，是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应(shape memory effect，SME)的由两种以上金属元素所构成的功能性智能材料，被广泛应用于航空航天、医疗器械、交通运输等领域。金属增材制造技术，是一种可以实现构件直接由3D数据到实体的先进制造技术，在制造传统加工难以完成的结构复杂构件上具有独特优势。“金属增材制造”和“形状记忆合金”两者结合，即采用增材制造技术来制备形状记忆合金及其构件，相当于在增材制造“3D”的基础上增加了“形状记忆功能”第4个维度，因而被誉为“4D打印”，成为金属增材制造领域的研究热点。

然而，金属增材制造往往需采用高能量密度热源，在构件成形过程中势必造成合金中元素的烧损。众所周知，增材制造中合金的元素烧损一般可分为两类，一类是合金中各元素熔沸点差距不大，此时虽然存在烧损但各元素的烧损率无较大差异，也就是说最终获得的增材制造成形件成分不会产生较大偏差；另一类就是合金中各元素熔沸点差距较大，在增材制造过程中低沸点元素的大量烧损使得合金成分出现较大偏差，进而造成增材制造合金及其构件性能得到不保证。目前，应对增材制造合金元素烧损所采用的方法主要有两种，其一借鉴熔铸领域中以中间合金引入易烧损元素，其二通过优化工艺参数降低增材制造过程中的元素烧损。前者即以中间合金引入易烧损元素，可以较好地抑制易烧损元素的烧损，但是并非所有合金元素都能够形成中间合金；后者即通过优化工艺参数降低增材制造过程中的元素烧损，其仅能一定程度减少元素烧损，尤其是对于合金中各元素熔沸点差距较大的合金其效果并不明显。此外，针对元素烧损人们往往会想到采用“补损”的方法，但是对于某一合金尤其是三元及以上合金其烧损规律极其复杂，仅简单地依靠作加减法进行补损，显然难以实现控制合金成分准确性。

综上可见，已有应对增材制造合金元素烧损所采用的方法，现阶段对控制增材制造合金成分准确性尚不够理想，尤其是对于形状记忆合金其记忆性能强烈依靠合金成分准确性的这类合金，这一问题尤为突出。

发明内容

本发明针对现阶段难以有效控制增材制造形状记忆合金成分准确性的问题，发明一种通过建立合金中易烧损元素绝对烧损率函数对合金有针对性地进行补损进而实现控制增材制造形状记忆合金成分准确性的方法。

本发明的技术方案是：

一种控制增材制造形状记忆合金成分准确性的方法，其特征是该方法包括以下步骤：

第一步，确定拟增材制造合金中的易烧损元素，所述的易烧损元素指的是合金中所有与合金中沸点最高元素的沸点相差超过300℃的元素；

第二步，确定拟增材制造所采用增材制造工艺参数；

第三步，以拟增材制造合金目标成分(质量分数)准备增材制造用材，采用第二步确定的工艺参数进行增材制造，制备建立绝对烧损率函数用增材制造合金试样1，并测定所获得增材制造合金试样1的实际成分(质量分数)；