[发明专利]梯度功能NiTiHf高温记忆合金及其制备方法

说明书

本发明公开了梯度功能NiTiHf高温记忆合金及其制备方法，所述合金中各个元素的原子百分比为：Ni 49.7～50.8％、Ti 24.7～34.2％、Hf 15～25％。该合金同时兼具高硬度和高超弹性，同时，该合金在制备过程中经过在900～1000℃干燥空气中氧化处理，且氧化时间小于7小时，使得制备的梯度功能NiTiHf高温记忆合金兼具高硬度和良好的超弹性，且合金的硬度由内到外呈梯度变化。

技术领域

本发明涉及形状记忆合金技术领域，具体涉及梯度功能NiTiHf高温记忆合金及其制备方法。

背景技术

与普通的耐磨材料相比，形状记忆合金具有其独特的优势，主要表现在其能够兼具高硬度、优良的导电性能、极佳的抗腐蚀性能以及极易被润滑等。此外，形状记忆合金由于具有马氏体可逆相变在一定服役温度范围内还能够表现超过5％的超弹性，使其能够在一定程度上抵抗外来撞击。因此，以美国NASA为首的国防科技力量正在致力于将NiTi记忆合金发展成为一种抗振防腐蚀的高性能轴承材料。然而，目前发展最成熟的是NiTi二元记忆合金，其马氏体相变开始温度不高于100℃，因而只能在低于100℃的环境中服役。

近年来，价格相对低廉且马氏体相变开始温度高于100℃的NiTiHf高温记忆合金发展迅速，虽然现有的NiTiHf高温记忆合金能够在高于100℃中服役，但是对其梯度功能没有相应研究。

发明内容

本发明的目的在于提供梯度功能NiTiHf高温记忆合金，该合金同时兼具高硬度和高超弹性。

此外，本发明还提供上述高温记忆合金的制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

梯度功能NiTiHf高温记忆合金，所述合金中各个元素的原子百分比为：

Ni 49.7～50.8％、Ti 24.7～34.2％、Hf 15～25％。

合金在制备过程中，热处理时Ti、和Hf向外扩散，导致基体内部Ni浓度增高，进而导致基体内部硬度提高，当硬度提高到一定程度后，合金的脆性提高，超弹性减低，导致合金以脆裂或粉碎，因此，合理控制各个元素的原子比，能够合理控制合金的硬度，同时兼具高超弹性。

申请人通过长期试验发现：将原子百分比设置为Ni 49.7～50.8％、Ti 24.7～34.2％、Hf 15～25％，兼具高硬度和高超弹性和梯度功能NiTiHf高温记忆合金。

进一步地，合金中各个元素的原子百分比为：

Ni 50.3～50.8％％、Ti 29.7～30.3％、Hf 15～20％。

进一步地，合金中各个元素的原子百分比为：

Ni 50.3％、Ti 29.7％、Hf 20％。

进一步地，合金的热处理过程包括将退火后的铸锭在900～1000℃干燥空气中进行氧化，氧化时间小于7小时。

氧化的时间和温度对合金的硬度和超弹性均有影响，经过氧化处理的合金其心部硬度和表面硬度不同，由内到外呈逐渐增加的梯度变化，经过氧化处理后的合金的表面硬度基本能够达到600-750HV，氧化的温度和时间主要影响心部硬度和超弹性。

温度过低，导致原子扩散速率低，动力达不到，温度过高，易导致超弹性低，将氧化温度控制在900～1000℃，既能满足动力需求，又能控制获得较高的超弹性。

申请人通过长期试验发现，将氧化温度控制在900～1000℃，随着氧化时间延长，硬度越高，但是，当氧化温度超过7小时后，超弹性降低至1％以下，因此，氧化温度不能超过7小时。