[发明专利]一种金属基形状记忆复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属基形状记忆复合材料的制备方法，包括在待制备的相邻的金属板材之间铺设NiTi金属粉层得到叠层板材，对叠层板材进行累积叠轧处理得到复合板材，且保证累积叠轧处理过程中任一相邻的金属板材之间都铺设有NiTi金属粉层，再对复合板材进行搅拌摩擦加工处理即得金属基形状记忆复合材料。累积叠轧的每道次的压下率为40％～55％，累积叠轧的轧制道次为2～8道次；搅拌摩擦加工的旋转速度为375～1180r/min，搅拌摩擦加工的行进速度为75～235mm/min，搅拌摩擦加工的压下量为0.2～0.5mm。采用本发明层压焊合变形法通过改变不同层的金属板，再将不同颗粒大小、含量SMAs均匀平铺于板材之间，可制备出具有不同结构和性能的金属材料，使得满足不同服役环境下的的新型功能材料。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种金属基形状记忆复合材料的制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，很多领域如航空航天、电子以及汽车行业等，人们对具有特殊性能的材料需求越来越大的问题。因此智能材料作为一种功能材料，极具应用前景，而形状记忆合金(SMAs)由于具有形状记忆效应、高阻尼性能以及伪弹性，因而是构成智能复合材料最重要的组元。目前对SMAs复合材料的研究非常活跃，其中NiTi形状记忆合金作为SMAs中的典型代表，不仅具有优良的形状记忆效应和超弹性，还具有良好的生物相容性，可以用于制作血管支架、腔道内支架、下腔静脉滤器以及心脏间隔补片等医疗器械。

将SMAs合金与金属基体复合在一起形成的新型复合材料不仅具有金属的一系列优良性能，同时具其形状记忆效应，这也将导致所制备的复合材料呈现出智能材料所具有的特点，扩大了金属基复合材料的使用范围，是航空航天、交通运输、生物医学以及智能材料等方面极具发展潜力的新型复合材料。目前对于SMAs增强金属基复合材料常用的制备方法主要包括热压法和粉末烧结法等。但都存在很大的问题，一方面，高温条件下，导致形状记忆效应遭到破坏，且界面处易生成脆性相的金属间化合物，降低材料的结合效果；另一方面，易使得形状记忆合金颗粒发生团聚，不能均匀的分散于基体，且试验周期长，对设备要求高。马宗义等人尝试通过在板材中心打孔、开槽的方式，加入形状记忆颗粒，通过搅拌摩擦加工制备铝基复合材料，但得到可用板材厚度较薄且颗粒有一定程度损失，限制使用。

搅拌摩擦加工(Friction stir processing,FSP)和累积叠轧(Accumulativeroll-bonding,ARB)作为一种大塑性变形，目前都有着很大的前景。FSW是一种新型固相加工技术，利用搅拌头所造成加工区域材料的剧烈塑性变形、混合、破碎，实现材料微观组织的均匀化和致密化，显著改善合金的微观组织，大幅提高合金的力学性能和耐腐蚀性能等。ARB通过重复进行相同的工艺反复叠轧焊合，同样可使材料的组织得到细化、夹杂物分布均匀，大幅度提高材料的力学性能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种金属基形状记忆复合材料的制备方法，本发明通过调控外加NiTi金属粉含量、叠轧压下量以及板材厚度的控制，来制备力学性能和阻尼性能优良的具有SMAs的可控性智能材料。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种金属基形状记忆复合材料的制备方法，包括在待制备的相邻的金属板材之间铺设NiTi金属粉层得到叠层板材，对叠层板材进行累积叠轧处理得到复合板材，且保证累积叠轧处理过程中任一相邻的金属板材之间都铺设有NiTi金属粉层，再对复合板材进行搅拌摩擦加工处理即得金属基形状记忆复合材料；

NiTi金属粉层中的NiTi金属粉的粒径为270～325目和/或100～140目；

具体的，当NiTi金属粉的颗粒直径＝0.2×10^-3～5×10^-3cm时，NiTi金属粉层在相邻的金属板材之间的铺设量为N＝0.41×10⁴～1.02×10⁵个/cm²；