[发明专利]一种中等强度柔性窄滞后的NiTiWCu四元合金及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于镍合金技术领域，具体涉及一种上平台强度和下平台强度差值低的中等强度柔性窄滞后的NiTiWCu四元合金及其制备方法和应用。

背景技术

镍钛合金具有良好的力学性能和优异的疲劳性能、耐磨损性能和抗腐蚀性能，镍钛合金具有独特的三大功能特性，即超弹性能、形状记忆性能和阻尼性能，镍钛合金还具有优良的生物相容性。因此已被广泛用于航空、航天、舰船和医疗器械等领域。在医疗器械领域已经广泛替代不锈钢用作人体植入物用金属材料，在临床上得到了广泛的应用。镍钛合金被用血管支架、各类非血管支架、脊椎矫正棒、骨折固定板、医用导丝和手术缝合线等等。

在马氏体逆相变终了温度以上温度进行拉伸，在应力作用下发生马氏体转变，形成应力诱发马氏体。随应力增加马氏体长大，反之马氏体缩小，应力消除后马氏体消失。合金变形是由于应力诱发马氏体相变引起的，应力卸除，变形即消失，马氏体逆转变为母相。这种不通过加热即恢复到母相形状的现象称为超弹性或伪弹性。常见镍钛合金超弹迟滞曲线的上平台强度较高，往往接近600MPa，而下平台强度较低，往往低于200MPa或者更低，造成上下平台强度差值大于300MPa，应力滞后宽。

通过添加微量或少量元素可以改变镍钛合金的相变温度、力学性能和超弹性能及记忆性能。如加入Nb可以形成宽滞后形状记忆合金，添加Cr和Fe可以降低合金的相变温度，添加Zr、Hf和Pb等形成高相变温度的形状记忆合金，还可以添加Al、Si、Mo、V、Mn、Co等元素，开发形成了多种镍钛形状记忆合金系列，如Ti-Ni-Cu，Ti-Ni-Nb，Ti-Ni-Pb，Ti-Ni-Fe，Ti-Ni-Cr等新型镍钛合金。合金元素对镍钛合金的性能有明显影响，形成了具有不同特性的形状记忆合金。

中国专利CN103131926A公布了一种W/TiNi记忆合金复合材料，权利要求体积分数1～12%的钨元素，其最小重量百分比为24%。钨元素的作用是作为一种增强相组元，其屈服强度达到900MPa。同时钨元素的作用是增加基体的显影性。中国专利CN102719707A公布了一种镍-钛半成品和相关方法，其中合金元素X可选用W元素，范围是原子百分比为0.1～1%，合金不含铜。中国专利CN101457315A公布了一种高强度镍钛合金，权利要求钨重量百分比为0.01～0.50%，钨元素的作用是作为一种弥散强化相组元。中国专利CN101617961A公布了一种钛基五元合金、产品及制备方法，权利要求铜重量百分比为1～10%，合金中不含钨元素。

在口腔正畸治疗应用时，具有中等强度柔性窄滞后的镍钛合金正畸丝材能够产生柔和的矫治力，作用时间持久，恢复力高，残余变形小，患者痛感和不适感不明显。

本发明是在二元镍钛合金基础上添加少量W和Cu合金元素，利用钨和铜对二元合金进行复合改性，降低镍钛合金基体的强度，降低基体的弹性模量，同时缩窄滞后宽度，形成了中等强度柔性窄滞后NiTiWCu四元合金。该新型Ni-Ti-W-Cu四元合金加工性能好，成本低。

发明内容

本发明的目的是提供一种中等强度柔性窄滞后的NiTiWCu四元合金及其制备加工和应用方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种中等强度柔性窄滞后的NiTiWCu四元合金，各成分的重量百分比为：钨（W）：0.55%～10.5%，铜（Cu）：0.3%～0.95%，余量为镍（Ni）、钛（Ti），其中Ni、Ti的原子数比为1.024～1.072。

上述四元合金还包括如下重量百分比的不可避免的杂质：Fe：0.01-0.04%；Si：0.01-0.03%；C：0.005-0.03%；O：0.02-0.05%。

上述中等强度柔性窄滞后的NiTiWCu四元合金的制备方法，具体制备方法包括如下步骤：将含有Ni、Ti、W、Cu的原料压制成电极，经真空感应炉熔炼成铸锭；将铸锭在850～1000℃均匀化处理60～240min；然后进行热加工；最后在350℃～600℃时效处理5～180min。

上述Ni的原料为纯镍板、电解镍或钨镍合金；Ti的原料为纯钛板、海绵钛或钨钛合金；Cu的原料为纯铜板；W的原料为钨钛合金或钨镍合金。

上述热加工的工艺包括：锻造开坯、轧制、旋锻、拉丝步骤；锻造开坯的温度为850-1000℃，轧制的温度为850-950℃，旋锻的温度为750-850℃，拉丝的温度为680-700℃，拉丝的温度为680-700℃，拉丝每道次变形量为10～30%，总变形量为80～95%。