納米片層相增強TiNi基合金復(fù)合板材的累積疊軋制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種基合金復(fù)合板材的制備方法，具體地說是一種納米片層相增強TiNi基合金復(fù)合板材的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]憑借其優(yōu)異的形狀記憶效應(yīng)與超彈性以及良好的生物相容性等特性，TiNi基形狀記憶合金在航空航天、機械電子與生物醫(yī)療等領(lǐng)域均獲得了廣泛應(yīng)用。近年來，以TiNi形狀記憶合金為基體的復(fù)合材料表現(xiàn)出諸多新奇的特性，引起了研究者的廣泛關(guān)注，有望拓寬形狀記憶材料的應(yīng)用范圍。例如，納米線或納米片層NbTi增強TiNi (Nb)復(fù)合材料表現(xiàn)出低彈性模量、高彈性極限和屈服強度等特點；納米片層W增強TiNi復(fù)合材料具有高屈服強度、可調(diào)控的相變滯后和高X光可見性；將Ag復(fù)合到TiNi基體中則可以賦予材料一定的殺菌特性，在生物醫(yī)療器械領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]對于上述復(fù)合材料，現(xiàn)有制備工藝主要是利用Nb、W與Ag等在TiNi合金中溶解度有限的特性，采用真空熔煉工藝原位制備復(fù)合材料，然后通過大變形量的冷拔與冷乳等工藝獲得型材。在真空熔煉工序，由于組成元素的物理特性存在巨大差異，給合金熔煉帶來很大的困難。例如，Nb與W的熔點分別高達(dá)2468°C與3407°C，并且兩種元素的密度大，因此在熔煉時容易造成成分偏析；Ag熔點約在980°C，遠(yuǎn)低于Ti或Ni的熔點，并且密度小，在熔煉時易浮在熔融液體的上層。在冷加工變形階段，由于鑄錠中增強相的尺寸與分布都不均勻，所以最終獲得的納米線或納米片層相的尺寸也不均勻。此外，由于獲得納米線或納米層片增強相需要非常大的塑性變形，所以最終的材料形式以細(xì)絲或薄板為主。上述問題在一定程度上制約了納米線或納米片層增強TiNi基復(fù)合材料的工程應(yīng)用。
[0004]《中國石油大學(xué)學(xué)報》(自然科學(xué)版)，2012，36(3) 151 — 154中刊登的“超細(xì)片層NbTi/TiNi記憶合金復(fù)合材料的制備與功能特性”，主要利用熔煉、鍛造和拔絲等工藝制備超細(xì)片層NbTi/TiNi記憶合金復(fù)合材料。申請?zhí)枮?01010150612.0的專利文件中公開的“一種NbTi/TiNi記憶合金復(fù)合材料及其制備方法”，主要利用熔煉、鍛造和拔絲等工藝制備超細(xì)片層NbTi/TiNi記憶合金復(fù)合材料；申請?zhí)枮?00810118675.0的專利文件中公開的“TiNiNb/NbTi記憶合金復(fù)合材料及其制備方法”，主要利用熔煉、鍛造和拔絲等工藝制備NbTi/TiNi記憶合金復(fù)合材料；申請?zhí)枮?01110385005.7的專利文件中公開的“W/TiNi記憶合金復(fù)合材料及其制備方法”，主要利用熔煉、鍛造和拔絲等工藝制備W/TiNi記憶合金復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠解決納米片層相增強TiNi基復(fù)合材料熔煉困難、增強相分布與尺寸不均勻的問題的納米片層相增強TiNi基合金復(fù)合板材的累積疊乳制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007](I)將TiNi形狀記憶合金箔材表面進(jìn)行酸洗及表面清洗；
[0008](2)將增強純金屬箔材進(jìn)行機械磨拋及表面清洗；
[0009](3)將經(jīng)過預(yù)處理的TiNi合金箔材與增強純金屬箔材交替疊放并保證最外層為TiNi合金箔材；
[0010](4)將上述疊放的TiNi合金箔材與增強純金屬箔材放入不銹鋼或純Ti包套中并抽真空，獲得增強金屬與TiNi合金的箔材組；
[0011](5)將上述所述箔材組在400°C?800°C溫度下進(jìn)行η道次累積疊乳，壓下量為50% ；
[0012](6)將累積疊乳后的板材在300°C?600°C范圍內(nèi)進(jìn)行真空退火處理，得到納米片層相增強TiNi基復(fù)合材料板材。
[0013]本發(fā)明還可以包括:
[0014]1、所述增強純金屬為Nb、W或Ag。
[0015]2、所述進(jìn)行η道次累積疊乳中η為不超過32的正整數(shù)。
[0016]3、所述TiNi形狀記憶合金箔材為Ti含量為48_52at.%，余量為Ni。
[0017]4、累積疊乳的乳制溫度選擇為600°C，真空退火處理的溫度選擇為450°C。
[0018]為解決納米片層相增強TiNi基復(fù)合材料熔煉困難、增強相分布與尺寸不均勻的問題，本發(fā)明提供了一種納米片層相增強TiNi基復(fù)合材料的制備工藝。本發(fā)明工藝簡單、便于調(diào)控、對設(shè)備要求低、易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
[0019]本發(fā)明的納米片層相增強TiNi基合金的制備方法是以TiNi合金箔材與用于增強的純金屬箔材為原料，將經(jīng)過預(yù)處理的TiNi合金箔材與純金屬箔材交替疊放并保證最外層為TiNi合金，利用累積疊乳工藝將上述板材在400°C _800°C溫度下疊乳在一起，將乳制后板材在300°C -600°C范圍內(nèi)進(jìn)行退火處理，即可得到納米片層相增強TiNi基復(fù)合材料板材。本發(fā)明中純金屬箔材為Nb、W或Ag等在TiNi合金中固溶度小，并且不會與基體元素形成脆性相的純金屬。
[0020]本發(fā)明所選擇的增強相金屬主要包括Nb、W與Ag，其共同特點是在TiNi基體中溶解度小、并且不會與基體金屬形成脆性相。在累積疊乳過程中，增強相金屬可以與TiNi基體形成牢固的冶金結(jié)合。利用本工藝制備的納米片層增強TiNi基復(fù)合材料板材具有獨特的性能優(yōu)勢，例如納米線或納米片層NbTi增強TiNi (Nb)復(fù)合材料具有低彈性模量、高彈性極限和屈服強度等特點；納米片層W增強TiNi復(fù)合材料具有高屈服強度、可調(diào)控的相變滯后和尚X光可見性；納米片層Ag增強TiNi復(fù)合材料則具有殺菌、熱導(dǎo)率尚等優(yōu)點。
[0021]本發(fā)明具有制備工藝簡單、易于調(diào)控、對設(shè)備要求低等特點。本發(fā)明可以通過調(diào)整增強相金屬的初始厚度與TiNi合金厚度之間的比例，方便地調(diào)整增強相的體積分?jǐn)?shù)，從而滿足不同的實際需要?？梢酝ㄟ^調(diào)整增強相金屬的種類，獲得具有不同特性的復(fù)合材料。也可以通過調(diào)整疊放的層數(shù)和增強相金屬與基體合金的厚度，獲得具有不同尺寸的復(fù)合材料。也可以通過調(diào)整累積疊乳道次η獲得不同厚度的增強相金屬。
[0022]本發(fā)明所制備的納米片層相增強TiNi基復(fù)合材料適用于阻尼構(gòu)件、驅(qū)動器以及醫(yī)療器械等。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的技術(shù)路線圖。
[0024]圖2是疊放示意圖。
[0025]圖3是包套組裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4是單道次累積疊乳示意圖。
【具體實