[发明专利]一种具有弹热性能的NiTi合金微米纤维的制备方法

说明书

一种具有弹热性能的NiTi合金微米纤维的制备方法，它涉及一种NiTi合金纤维的制备方法。本发明是要解决现有NiTi合金发生B19’相变，比表面积小、散热面积小的技术问题。本发明：一、腐蚀合金；二、冷拉拔；三、脉冲焦耳退火处理；四、逐级拉拔；五、热处理。本发明针对NiTi合金滞后大、应力平台高、块体材料散热慢等问题，提出通过冷拉拔法和焦耳退火交替进行的方式，通过控制拉拔速度，道次变形量，中间退火温度，功率，再经过适当的热处理和超弹性训练，获得在合适温度和应力区间内只发生R相变的弹热性能良好的NiTi合金纤维，解决了NiTi合金散热、循环稳定性差、滞后大等限制其应用在弹热制冷领域上的问题。

技术领域

本发明涉及一种NiTi合金纤维的制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，制冷应用在人们日常生活中的比重越来越大，传统的基于气体压缩制冷技术的制冷系统一般都很庞大，且所用的制冷剂会破坏臭氧层或者引起温室效应。随着可持续发展思想的广泛提倡，人们迫切需要一种高效、环保、小型化的新型制冷技术。基于伴随应力诱发热弹性马氏体相变而产生的热效应的弹热制冷技术具有节能高效、绿色环保、稳定可靠、噪声小、设备简单的优点，例如2014年美国能源部关于“供暖、通风及空调系统用非气体压缩制冷的技术节能潜力的研发机遇”的报告指出，弹热制冷是目前最具节能潜力的固体制冷技术。近等原子比的NiTi合金具有良好的力学性能、优异的疲劳性能、耐磨损性能、抗腐蚀性能、生物相容性以及良好的形状记忆性能、阻尼性能和超弹性等功能特性，已被广泛用于航空、航天、舰船和医疗器械等领域，其弹热性能也十分优异，最高可达25.5K。NiTi可以发生R相变和B19’相变，其中B19’相变所需诱发应力较高，实现制冷所需外场能量大、滞后大、能量损失快，导致其循环稳定性差；然而诱发R相变的应力值较低(一般不超过200MPa)、热滞后极小(只有几度)，因此能量损失率极低、循环稳定性好，具有极佳的弹热性能，更适合应用在弹热制冷领域。另外块体NiTi合金的比表面积小、散热面积也小，是制约其应用在制冷领域上的另一因素。

发明内容

本发明是要解决现有NiTi合金发生B19’相变，比表面积小、散热面积小的技术问题，而提供一种具有弹热性能的NiTi合金微米纤维的制备方法。

本发明的具有弹热性能的NiTi合金微米纤维的制备方法是按以下步骤进行的：

一、腐蚀合金：将NiTi合金纤维的一端作为腐蚀端浸入混合酸水溶液中浸泡至腐蚀端能够穿过冷拉拔模具为止，用丙酮冲洗腐蚀端，烘干；所述的NiTi合金纤维的直径为微米级；所述的NiTi合金纤维中Ni的原子百分含量大于50％且小于等于51％；

所述的混合酸水溶液是由硝酸、硫酸、盐酸、氢氟酸和水组成；其中硝酸的体积分数为20％～40％，硫酸的体积分数为0％～10％，盐酸的体积分数为0％～15％，氢氟酸的体积分数为5％～10％，溶剂为水；

二、冷拉拔：在拉拔模具的内表面涂覆硬质酸钠作为润滑剂，将NiTi合金纤维的腐蚀端穿过拉拔模具，在万能试验机上对NiTi合金丝材进行冷拉拔，控制冷拉拔速度为5m/s～8m/s，冷拉拔结束后去除腐蚀端，完成冷拉拔；

三、脉冲焦耳退火处理：重复步骤一和步骤二的操作进行第二道冷拉拔；拉拔两道次之后，使用直流脉冲电源对NiTi合金纤维进行脉冲焦耳退火处理；

①、所述的脉冲焦耳退火处理的步骤为：从NiTi合金纤维的一端开始用电源的两极夹持NiTi合金纤维，电源的两极之间夹持的NiTi合金纤维的长度为8cm～25cm，固定两电极，使NiTi合金纤维夹持部分受到200MP～400MPa的轴向拉伸应力，温度为900℃～1000℃，保温0.1s～1s，停止加热，取下电极；

②、重复步骤①对NiTi合金纤维未进行脉冲焦耳退火处理的部分的依次进行直流电脉冲焦耳退火至NiTi合金纤维全部完成直流电脉冲焦耳退火；