[发明专利]Nb纳米带/马氏体态NiTi记忆合金基体复合丝材及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Nb纳米带/马氏体态NiTi记忆合金基体复合材料丝材及其制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

金属材料的物理及化学性能是弹性应变的函数，如果金属材料可呈现超大弹性应变，不仅使其具有超高强度(弹性模量×弹性应变)，而且可望使其具有特异的物理及化学性能。然而，传统块体金属材料的弹性应变极限通常小于1％，因弹性应变小而不能显著改变物理及化学性能。已有研究表明，单个自由态纳米线可呈现超大弹性应变(4-7％)，但由于其尺寸小而应用受限。可将纳米线与其它金属构成复合材料，但纳米线在传统金属复合材料中却失去其本征超大弹性应变(～1.5％)。最近，报道了一种Nb纳米线/超弹态NiTi记忆合金复合材料(Science 339，1191，2013)，首次发现，在加载过程中，Nb纳米线呈现出超大拉伸弹性应变(4.2-6.5％)，在卸载过程中，Nb纳米线的超大拉伸弹性应变被释放，使得在卸载后的自由态复合材料中纳米线的超大拉伸弹性应变不能被保留，而限制其应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种Nb纳米带/马氏体态NiTi记忆合金基体复合材料丝材及其制备方法。该复合材料丝材及其制备方法能够在自由态块体复合材料中保留Nb纳米带的超大拉伸弹性应变，利用该超大拉伸弹性应变能够提高自由态复合材料的超导性能。

为达到上述目的，本发明首先提供了一种Nb纳米带/马氏体态NiTi记忆合金基体复合材料丝材，该复合材料丝材包括纳米尺度Nb相与NiTi基体相，以该复合材料丝材的总量计，其包括以下成分：原子百分比为7-15％的Nb元素，以及原子比为(0.8:1)-(1.2:1)的Ti元素和Ni元素，Ti、Ni和Nb三种元素的原子百分数之和为100％；

所述复合材料丝材是通过以下步骤制备得到的：

按照所述Nb纳米带/马氏体态NiTi记忆合金基体复合材料丝材的成分配比选取纯度在99wt.％以上的单质镍、钛、铌；

将选取的单质镍、钛、铌放入真空度高于10^-1Pa或惰性气体保护的熔炼炉中进行熔炼，然后进行浇铸，得到Nb/NiTi铸锭；

在真空度高于10^-1Pa的真空中或惰性气体保护中对该铸锭进行均匀化退火处理；

将经均匀化退火处理后的铸锭进行热锻成型；

对热锻后的型材进行塑性加工、退火处理及拉伸循环变形处理，其中，所述拉伸循环变形处理包括：对经塑性加工和退火处理后的退火态复合材料进行至少一次(优选为一次)单轴拉伸加载-卸载循环变形，变形量为1-9％，得到所述的Nb纳米带/马氏体态NiTi记忆合金基体复合材料丝材。

本发明提供的复合材料丝材由纳米尺度Nb相和NiTi基体相组成，纳米尺度Nb相为带状，NiTi基体相由自适应马氏体多变体组成，纳米尺度Nb相中含有少量的Ti和Ni，NiTi相中含有少量的Nb。

在上述的复合材料丝材中，优选地，所述Nb纳米带的厚度为5-50纳米，宽度为20-200纳米。

另一方面，本发明还提供一种上述的Nb纳米带/马氏体态NiTi记忆合金基体复合材料丝材的制备方法，其包括以下步骤：

按照所述Nb纳米带/马氏体态NiTi记忆合金基体复合材料丝材的成分配比选取纯度在99wt.％以上的单质镍、钛、铌；

将选取的单质镍、钛、铌放入真空度高于10^-1Pa或惰性气体保护的熔炼炉中进行熔炼，然后进行浇铸，得到Nb/NiTi铸锭；

在真空度高于10^-1Pa的真空中或惰性气体保护中对该铸锭进行均匀化退火处理；

将均匀化退火处理后的铸锭进行热锻成型；

对热锻后的型材进行塑性加工、退火处理及拉伸循环变形处理，其中，所述拉伸循环变形处理包括：对经塑性加工和退火处理后的退火态复合材料进行至少一次(优选为一次)单轴拉伸加载-卸载循环变形，变形量为1-9％，得到所述的Nb纳米带/马氏体态NiTi记忆合金基体复合材料丝材。

在熔炼过程中，Nb相会以原位自生的方式形成于NiTi基体中，获得具有亚共晶组织的Nb/NiTi铸锭。Ti、Ni的原子比控制在(0.8:1)-(1.2:1)的特定比例，并使其余均为Nb元素，Ti、Ni、Nb三种元素的原子百分比之和为100％，能够使得到的铸锭具良好的塑性变形能力。

在上述的制备方法中，优选地，对铸锭进行均匀化退火处理的温度为800-1000℃，时间为5-50小时，以改善铸锭的组织状态并利于后续塑性加工。