[发明专利]一种具有形状记忆功能的复合材料及其SLM制备方法

说明书

本发明公开了一种具有形状记忆功能的复合材料及其SLM制备方法；所述复合材料包括基体粉末NiTi合金粉末和增强相颗粒纳米TiN陶瓷颗粒，且纳米TiN陶瓷颗与NiTi合金粉末分布均匀，基体粉末和增强相颗粒的质量分数分别为：NiTi 96％～99％，TiN 1％～4％。本发明：(1)相比于传统的球磨、原位合成等复合粉末制备工艺，本发明采用的超声振动法成本低廉，制备流程简易，不会破会粉末表面的球形度，可保证复合粉末良好的流动性；(2)TiN陶瓷颗粒在打印后仍保持纳米结构，产生细晶强化提高材料强度；(3)TiN陶瓷颗粒和NiTi基体结合良好，制备的复合材料具备明显的可逆马氏体相变特征，具有形状记忆性能，在450MPa下压缩‑卸载5次后其回复率在80％以上，经加热回复后，回复率可达89％以上。

技术领域

本发明涉及形状记忆复合材料制备领域，尤其涉及一种具有形状记忆功能的复合材料及其SLM制备方法。

背景技术

近等原子比NiTi形状记忆合金具有优异的形状记忆效应和超弹性，其可回复应变可达6-8％，且具有良好的抗阻尼特性、耐腐蚀性和生物相容性，被广泛应用于航空航天、生物医疗、智能传感器和民生工程当中。但由于其高弹性、机械加工性能差等特点，在传统机械加工中常出现制件表面质量差、加工时间长、效率低、不适用于复杂外形零件加工等问题。

为解决上述问题，近年来许多研究人员利用增材制造(3D打印)的方式制备镍钛形状记忆合金，可实现近净成形复杂形状的镍钛合金。激光选区熔化成形(Selective lasermelting,SLM)技术是一种金属粉末增材制造技术，利用激光能量熔化金属粉末，逐层堆叠，可制备复杂结构零件。此外SLM技术具有成形试样尺寸精度高，成形件表面光洁度好，成形质量稳定，致密度高，力学性能性能可媲美锻件等优点。

然而，近等原子比的NiTi合金应力诱导马氏体相变平台强度不够大，回复应力较小，使其应用范围受限；此外，许多应用场景对NiTi合金的耐磨性也提出了更高的要求。这都需要进一步提高NiTi形状记忆合金的应力诱导平台以及硬度。一些研究人员采用原位合成法、高能球磨法将常见的陶瓷颗粒如TiB2、TiC、SiC等作为增强相加入到NiTi合金中，制备NiTi/X复合材料来进行激光选区熔化成形实验，已取得一定进展。但原位合成发制备过程过于繁琐，球磨则会破坏粉末形状，影响打印效果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种具有形状记忆功能的复合材料及其SLM制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种TiN/NiTi复合粉末，包括基体粉末和增强相颗粒；

所述基体粉末NiTi合金粉末与增强相颗粒为纳米TiN陶瓷颗粒，分布均匀，基体粉末和增强相颗粒的质量分数分别为：NiTi 96％～99％，TiN 1％～4％。

一种TiN/NiTi复合粉末的制备方法，包括如下制备步骤：

步骤一；组分选择：

基体粉末选用纯度为99.9％以上，粒度为13～53μm的NiTi合金粉末；

增强相颗粒选用纯度为99.9％以上，粒度为10～100nm的纳米TiN陶瓷颗粒；

步骤二；预混粉：

将NiTi合金粉末与纳米TiN陶瓷颗粒加入到超声波振动机中，进行超声波振动分散预混合；

步骤三；二次混粉：

将步骤二预混合好的粉末放入V型混合机中进行二次混合，筛分出粒径范围在13～53μm的粉末，得到TiN/NiTi复合粉末。

在步骤二中，所述超声波振动的参数为：振动频率10～30KHz,振动模式为连续、脉冲或间断；超声波振动分散预混合的时间为15～21min。