[发明专利]一种镍钛形状记忆合金零件及其制造方法

说明书

本发明属于增材制造技术领域，并具体公开了一种镍钛形状记忆合金零件及其制造方法，包括步骤：S1对待成形的镍钛形状记忆合金零件进行3D模型分层，预设各层的增材制造路径；选用镍钛合金丝材作为成形丝材，对基板进行预处理；S2按预设增材制造路径，采用脉冲CMT焊接模式，设置第一层焊接参数，在基板上成形第一层零件；S3按预设增材制造路径，采用变极性CMT焊接模式，设置第二层至第四层焊接参数，成形第二层至第四层零件，然后按第四层焊接参数继续成形，直至完成镍钛形状记忆合金零件的制造。本发明成形的镍钛形状记忆合金具有成本低、效率高、氧化程度低、组织成分均匀等优点，可制备具有超弹性或形状记忆效应的镍钛合金产品。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，更具体地，涉及一种镍钛形状记忆合金零件及其制造方法。

背景技术

形状记忆合金(Shape Memory Alloys，SMA)是一种能将热能转化为机械能的具有转换能力的智能材料，具主要有形状记忆效应(Shape Memory Effect，SME)和超弹性(Superelasticity，SE)，其中的镍钛(Ni-Ti)基形状记忆合金凭借其较高的形状恢复能力、良好的力学性能和超弹性等优点已广泛应用于航空航天、人工智能、生物医疗、汽车工业等多个领域。形状记忆效应是指在低温下将镍钛合金塑性变形成一种形状后进行加热到某一临界温度以上时可以恢复为该合金的原始形状的能力。超弹性是指在记忆合金在外力作用下产生远大于其弹性极限应变量的应变，并在卸载时应变自动回复的能力。

镍钛合金的成形应用需要经过许多制造与处理程序。由于自身独特的化学与冶金特性，镍钛合金对这些处理程序有非常高的敏感性，如Ti元素具有高度的化学活性，其马氏体相变对成分与显微组织的高度敏感性。同时镍钛合金机械加工能力不良，在锻造过程中，容易出现绝热剪切带、局部塑性流动、裂纹以及机械失稳等，在冷加工过程中不论板材或丝材都很容易加工硬化，必须严格控制变形量。传统制造镍钛合金的熔炼法在熔炼过程中极易与C、N、O、H等元素和坩埚等发生反应而引入杂质，能耗大，可控性不高，大多用于批量生产。粉末冶金法在高温条件下烧结时难以避免杂质引入，无法达到获得完全致密、形状复杂的镍钛合金零件，因此多用来制造多孔零件，但要求原料粉末有很高的纯度，用普通原料粉末制造出的样品孔隙率低(通常12％-15％)。为了提高孔隙率则必须采用特殊的原料粉末，因此也限制了该方法的进一步应用。

增材制造技术(Additive manufacturing，AM)，是根据CAD/CAM设计，基于离散堆积原理，采用逐层累积的方法制造实体零件的技术，和传统的切削加工技术不同，是一种将材料累积的制造方法。作为增材制造中的研究重点，金属增材制造因其具有极高的制造效率、材料利用率以及良好的成形性能等优势，从一开始便被应用于航空航天等高端制造领域的高性能金属材料和稀有金属材料的零部件制造。目前镍钛合金的增材制造方式主要采用激光选区熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)，然而镍钛合金粉末制造困难且成本较高，球形粉末含氧量较高，而且受到设备及工艺的限制，成形出的零件尺寸较小，经常伴有裂纹气孔等缺陷。