[发明专利]一种超高强塑性TiNiNbMo形状记忆合金的快速凝固制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高强塑性TiNiNbMo形状记忆合金的快速凝固制备方法，属于功能材料领域。

背景技术

形状记忆合金由于特殊的形状记忆效应、良好的力学性能以及生物兼容性而被人们广泛的关注，用形状记忆合金制成的元件在机械、电子、化工、机械、宇航和医疗等诸多领域有了广泛的应用，其中尤以TiNi合金因其良好的耐蚀性、重量轻、强度高而应用最广。有人预测在不久的将来，TiNi基形状记忆合金制作的智能驱动器等智能元件在机械、化工等领域将被大规模应用，为此需要在保证材料形状记忆效应的前提下不断提高材料的综合力学性能。因此，研制兼有良好形状记忆效应以及综合性能的NiTi基形状记忆合金，以满足未来先进工业技术发展需要具有重要的意义。

铜模真空吸铸法由于其较快的冷却速度以及可改变材料制备尺寸等诸多优点而受人们重视，通过合理的参数设置，可以制备组织致密、力学性能良好的铸锭材料，并且可以节约金属材料。国内外学者通过铜模真空吸铸法研究了TiNi、TiNiCu等多种TiNi基材料，取得了一定的进展，但是强度、塑性以及记忆效应三者难以兼顾，综合性能并未得到明显的提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种超高强塑性TiNiNbMo形状记忆合金的快速凝固制备方法，采用该技术可在尽量保证材料形状记忆性能的前提下，使得材料的综合力学性能大幅度的提高。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种超高强塑性TiNiNbMo形状记忆合金的快速凝固制备方法，采用氩气保护下的高温液态合金在压力差作用下被吸入到外部带有冷却介质的铜模中直接成型，并通过合金成分优化，利用其高冷速提高溶质原子的固溶度，进而提高材料的强度，具体工艺步骤如下：

(1)根据铜模大小切取足够质量的TiNiNbMo合金，并对合金表面进行处理，随后用丙酮、酒精进行超声波清洗，烘干除水备用；

(2)将预处理好的合金材料装入真空电弧炉中，并在氩气保护下加热至完全融化；

(3)将熔融合金在石英管中保温1～3h，保证合金的成分均匀，尽量减少偏析；

(4)熔融合金在与铜模连接真空管与熔池的压力差下被吸入水冷铜模中冷却，开模取出。

所述的超高强塑性TiNiNbMo形状记忆合金的快速凝固制备方法，合金成分为Ti：42～47％；Nb：4.5～9％；Mo：0.1～2.5％；余量为Ni。

所述的超高强塑性TiNiNbMo形状记忆合金的快速凝固制备方法，合金的液态金属冷却速度为100K/s～10⁵K/s。

所述的超高强塑性TiNiNbMo形状记忆合金的快速凝固制备方法，合金加热融化需重复5～6次。

所述的超高强塑性TiNiNbMo形状记忆合金的快速凝固制备方法，在氩气保护下加热至完全融化的温度为1350℃～1500℃，所述的合金吸入过程需提高熔融合金的温度至1400～1550℃，增大合金的流动性，使合金充模完全。

所述的超高强塑性TiNiNbMo形状记忆合金的快速凝固制备方法，合金制备中的铜模形状根据需要设计。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果是：

1、本发明TiNiNbMo形状记忆合金具有良好的流动性，铸锭的致密性好，且铸锭在保证形状记忆效应的前提下，与现有材料相比，综合力学性能大幅度的提高，有利于材料在未来智能驱动器及其他领域的应用。

2、本发明采用TiNiNbMo形状记忆合金，通过成分优化，采用铜模真空吸铸法提高Nb和Mo在TiNi基体中的固溶度，减少共晶组织的形成，对基体固溶强化，在尽量保证材料形状记忆效应的前提下，使得材料的综合力学性能得到大幅度的提高。

3、本发明获得超高强塑性TiNiNbMo形状记忆合金的技术指标是：压缩屈服强度范围为750～1000MPa，压缩断裂强度范围为3～5GPa，延伸率范围为40％～50％。在-110℃～-100℃时，压缩屈服强度范围为700～900MPa，压缩断裂强度范围为2～3GPa。在-110℃～-100℃的形状记忆效应，压缩应变范围为5～10％时，形状记忆回复率范围为70～90％。

附图说明

图1为铜模真空吸铸法做出的Ti_46.1Ni_43.4Nb₉Mo_1.5实物样品图。