[发明专利]一种高富镍含量镍钛合金双程形状记忆效应训练方法

说明书

本发明涉及一种高富镍含量镍钛合金双程形状记忆效应训练方法，包括以下步骤，按照配比将高纯镍块和高纯海绵钛制成长条状合金；将高富镍含量镍钛合金条封闭于充满惰性气体的石英管中进行均匀化处理，然后进行水冷淬火和厚度减薄处理，得到样品条；将样品条全部弯曲在具有弧形凹槽的半圆柱状约束模具中，并将装载样品条的半圆柱状约束模具进行约束时效处理，处理完毕后立即水淬。不仅使高富镍镍钛样品条具备优良的双程形状记忆，且强度显著高于近等原子比镍钛合金，同时也具备25℃以上的R相变转变温度，即降温时产生变形对应的温度高于室温，使材料满足于宽松的服役条件，可批量高效地对高富镍含量镍钛合金进行约束时效处理。

技术领域

本发明涉及热处理工艺技术领域，特别是涉及一种高富镍含量镍钛合金双程形状记忆效应训练方法。

背景技术

镍钛合金由于其优异的形状记忆效应以及较高的强度和良好的生物相容性，在日常生活、航空航天、生物医疗、机械工程等领域均得到了广泛的应用，是所有形状记忆合金中商业化最成功并且应用最广泛的合金。双程形状记忆效应作为富Ni的镍钛合金独特的功能特性，可以让合金在加热与冷却的循环中反复改变形状，而单程形状记忆效应仅仅只局限于单次的形状改变。双程形状记忆效应并不是镍钛合金与生俱来的特性，而是需要经过一定的“训练”工艺才能使其具备双程形状记忆效应。“训练”的目的是往镍钛合金中引入特定的位错场或特定取向的Ni₄Ti₃相，从而在基体中产生特定的内引力。在内应力场的影响下，镍钛合金发生马氏体相变的过程中，马氏体会呈现特定的取向，宏观上表现为形状的改变。只要这一内引力场一直存在，镍钛合金就可以随着升温和降温在高温形状和低温形状之间来回变化。由于Ni₄Ti₃共格析出相组织相对于位错结构来说，可以在反复的相变循环和机械循环中保持更高的稳定性，因此往基体中引入特定取向的Ni₄Ti₃共格析出相是目前业界较为普遍的做法。采用约束时效工艺对镍钛合金进行时效，可以使基体中析出大量沿一定方向排列的Ni₄Ti₃共格析出相，从而往基体中引入稳定的共格内引力场使得镍钛合金具备优良的双程形状记忆效应。

镍钛合金对于镍原子含量的变化极为敏感，每1％镍含量变化都会使得合金相变温度、硬度和强度等性能发生巨大的变化。目前对于镍钛合金双程形状记忆效应的应用主要集中在镍含量50～51at.％的近等原子比镍钛合金，而镍含量大于51at.％的高富镍含量镍钛合金双程形状记忆效应的相关研究少有报道。高富镍含量镍钛合金硬度普遍在400HV以上，远大于近等原子比镍钛合金，存在熔炼制备成型困难和加工困难的缺点，同时在“训练”过程中过大的应变会使得合金断裂，使得“训练”失败。在以上不利因素的影响下，相对于近等原子比的镍钛合金，关于高富镍含量镍钛合金的双程形状记忆效应的“训练”方法仍缺乏系统研究。高富镍含量镍钛合金相对于近等原子比镍钛合金来说，高富镍含量镍钛合金的高强度、高耐磨性和高耐腐蚀性等优良性质，以及相对于传统结构钢更低的密度，使其在航天航空、机械、石油、电力、化工、海洋工程等领域有高力学和耐腐蚀性能要求的的装备和器件中有更大应用潜力。高富镍含量镍钛合金而具有双程形状记忆效应的高富镍含量镍钛合金则可成为适应以上严苛服役环境的驱动器件的核心材料，高富镍含量镍钛合金如作为可通过温度变化驱动的智能器件应用于海洋领域的科考深潜器、深海采矿和交通运输船只等工作平台，具有巨大的发展潜力。

鉴于目前尚无针对高富镍的镍钛合金的“训练”工艺，现提出一种高效短时的约束时效工艺，可使高富镍的镍钛合金具备优良的双程形状记忆效应和较高的相转变温度。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种高富镍含量镍钛合金双程形状记忆效应训练方法，可以在较短的时间内使得高富镍含量镍钛合金具备优良的双程形状记忆效应，可使镍钛合金的R相变温度控制在25.1～53.6℃，使其能在工作场合为室温以上的智能器件中得到广泛应用。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：