本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種力學(xué)性能優(yōu)良的形狀記憶合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

形狀記憶合金因其獨特的形狀記憶效應(yīng)和超彈性等特性已在工業(yè)、機(jī)械、建筑、航空、航天、生物醫(yī)療、電子通信和日常生活等多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。形狀記憶效應(yīng)和超彈性是由溫度或引力引起的一種在高溫的奧氏體相和低溫的馬氏體相之間發(fā)生可逆相變而形成的特性。形狀記憶合金在微電子器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，因此，形狀記憶合金的超彈性和形狀記憶效應(yīng)在微納尺度的可靠性是當(dāng)前的一個研究的熱點。

大量研究表明形狀記憶合金的超彈性行為和形狀記憶效應(yīng)存在顯著的尺寸效應(yīng)，即隨著樣品尺寸的逐漸減小，其超彈性和形狀記憶效應(yīng)受到了顯著地抑制。frick等人采用單軸壓縮的方式對[111]取向的直徑介于2μm至140nm的單晶niti合金微納米柱的超彈性行為進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)直徑為1.9μm試樣在加載過程中發(fā)生應(yīng)變突跳行為，同時試樣表面具有明顯形變帶，并且隨著試樣直徑的進(jìn)一步減小，其超彈性進(jìn)一步被抑制，直至直徑小于200nm時超彈性幾乎完全被抑制[frickcp.etal.actamater.55,3845-3855(2007).]。ozdemir等人同樣也采用單軸壓縮的測試方式對[110]取向的直徑介于200nm和10μm之間的ni54fe19ga27的單晶微納米柱體進(jìn)行壓縮測試，研究表明，當(dāng)直徑小于500nm時，其超彈性開始被抑制[ozdemirn.etal.actamater.60,5670-5685(2012).]。然而，截止到目前為止，針對微納尺度形狀記憶合金超彈性被抑制甚至消失的情況，研究者們還沒有提出相應(yīng)的解決方法，這大大限制了形狀記憶合金在微納器件領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

綜合以上內(nèi)容不難看出，目前微納尺度形狀記憶合金存在引起超彈性發(fā)生的相變被抑制的問題，對于這一問題，科學(xué)界和工業(yè)界都還沒有有效的解決方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種力學(xué)性能優(yōu)良的形狀記憶合金及其制備方法，該形狀記憶合金在微納米尺度下具有較高的相變轉(zhuǎn)變應(yīng)力、良好的超彈性性能及較好的變形穩(wěn)定性，并且制備方法簡單。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的力學(xué)性能優(yōu)良的形狀記憶合金包括合金基體以及分散于合金基體中的氣泡。

所述合金基體為具有形狀記憶效應(yīng)及超彈性的合金。

氣泡的直徑為1nm-100nm。

相鄰兩個氣泡之間的間距為1nm-100nm。

氣泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為0.01gpa-10gpa。

氣泡內(nèi)的氣體為氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氡氣、氫氣及氮氣中的一種或多種按任意比例的混合氣體。

本發(fā)明所述的力學(xué)性能優(yōu)良的形狀記憶合金的制備方法包括以下步驟：取合金基體，加熱至20℃-0.5tm，再向合金基體內(nèi)引入若干氣體離子，使合金基體內(nèi)部形成多個氣泡，得力學(xué)性能優(yōu)良的形狀記憶合金，其中，tm為合金基體的熔點。

本發(fā)明所述的力學(xué)性能優(yōu)良的形狀記憶合金的制備方法包括以下步驟：取合金基體，再向合金基體內(nèi)引入若干氣體離子，再將合金基體加熱至20℃-0.5tm，使合金基體內(nèi)部形成多個氣泡，得力學(xué)性能優(yōu)良的形狀記憶合金，其中，tm為合金基體的熔點。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的力學(xué)性能優(yōu)良的形狀記憶合金包括合金基體，所述基體內(nèi)部分散分布有氣泡，通過所述氣泡有效地阻止合金變形過程中的位錯運動，同時作為內(nèi)部活躍的馬氏體形核點，不斷促進(jìn)應(yīng)力誘導(dǎo)的馬氏體相變發(fā)生，另外，大量的氣泡能夠產(chǎn)生很高的背應(yīng)力，進(jìn)一步促進(jìn)逆相變的發(fā)生，從而有效地提高合金基體的機(jī)械強(qiáng)度、變形穩(wěn)定性及超彈性性能。并且在實際應(yīng)用時，可以通過調(diào)控氣泡的尺寸、相鄰氣泡的間距以及氣泡的密度來調(diào)控最終獲得的形狀記憶合金的變形穩(wěn)定性以及超彈性行為。另外，需要說明的是，本發(fā)明在制備過程中，只需對合金基體進(jìn)行加熱，并向合金基體內(nèi)引入氣體離子即可，操作較為簡單、方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種流程圖；

圖3為本發(fā)明的另一種流程圖；

圖4為實施例一中利用srim計算得到的氦氣注入到ni2fega中后氦粒子和離子注入對基體造成的損傷隨注入深度的分布圖；

圖5為實施例一中經(jīng)氦離子注入后ni2fega的透射電鏡照片；

圖6為實施例一中用于壓縮測試的試樣形貌；

圖7為實施例一中未包含納米氣泡2的ni2fega單晶的微觀壓縮曲線；

圖8為實施例一中包含納米氣泡2的ni2fega單晶的微觀壓縮曲線。

其中，1為合金基體、2為氣泡。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參考圖1，本發(fā)明所述的力學(xué)性能優(yōu)良的形狀記憶合金包括合金基體1以及分散于合金基體1中的氣泡2。

所述合金基體1為具有形狀記憶效應(yīng)及超彈性的合金。

氣泡2的直徑為1nm-100nm。

相鄰兩個氣泡2之間的間距為1nm-100nm。

氣泡2內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為0.01gpa-10gpa。

氣泡2內(nèi)的氣體為氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氡氣、氫氣及氮氣中的一種或多種按任意比例的混合氣體。

參考圖2，本發(fā)明所述的力學(xué)性能優(yōu)良的形狀記憶合金的制備方法包括以下步驟：取合金基體1，加熱至20℃-0.5tm，再向合金基體1內(nèi)引入若干氣體離子，使合金基體1內(nèi)部形成多個氣泡2，得力學(xué)性能優(yōu)良的形狀記憶合金，其中，tm為合金基體1的熔點。

參考圖3，本發(fā)明所述的力學(xué)性能優(yōu)良的形狀記憶合金的制備方法包括以下步驟：取合金基體1，再向合金基體1內(nèi)引入若干氣體離子，再將合金基體1加熱至20℃-0.5tm，使合金基體1內(nèi)部形成多個氣泡2，得力學(xué)性能優(yōu)良的形狀記憶合金，其中，tm為合金基體1的熔點。

實施例一

利用離子加速器將氦氣離子注入到拋光的ni2fega單晶中，形成具有一定特征的納米尺寸彌散分布的氦氣泡2；具體地，ni2fega單晶的厚度為50微米，所述氦氣離子的注入能量值為400kv，劑量為2×10¹⁷離子/平方厘米，氦氣離子的注入時間大約為5小時，注入溫度為200℃。實驗結(jié)束后，將樣品空冷至室溫，然后進(jìn)行測量表征。

從圖4中可以看出，在距離輻照表面大約1μm的位置輻照損傷和he濃度達(dá)到了峰值；采用聚焦離子束系統(tǒng)將距離輻照表面1μm處的樣品加工成薄片狀，再在透射電子顯微鏡中對其進(jìn)行表征，參考圖5，該區(qū)域分布有高密度的平均尺寸約為4.5μm的氦氣泡2。

參考圖6，采用聚集離子束對無氦泡區(qū)域和距離輻照表面大約1μm位置的高密度氦泡區(qū)域樣品進(jìn)行加工，制備成柱狀樣品。參考圖7，尺寸為506nm的取向不包含氦泡的ni2fega微米柱體在壓縮過程中產(chǎn)生了明顯的應(yīng)變突跳和永久塑性變形現(xiàn)象，并且在卸載過程中曲線沒有出現(xiàn)回復(fù)現(xiàn)象，說明該試樣的超彈性特性消失。參考圖8，對尺寸為500nm左右的取向含有高密度納米氦泡的ni2fega微米柱體進(jìn)行壓縮測試，其力學(xué)曲線表明，含有氦泡的試樣變形穩(wěn)定性明顯提高，在小應(yīng)變下，該試樣展現(xiàn)了完全的超彈性行為，在大應(yīng)變下該試樣的卸載曲線可以發(fā)現(xiàn)2％的回復(fù)，展現(xiàn)了部分的超彈性行為。該測試表明經(jīng)過在形狀記憶合金中生產(chǎn)大量納米氦泡，ni2fega形狀記憶合金亞微米柱體的超彈性有了明顯的恢復(fù)。

另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。