[发明专利]一种调控镍钛合金应力应变响应以提高制冷性能的方法

说明书

本发明提供一种调控镍钛合金应力应变响应以提高制冷性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、采用缓慢冷轧工艺制备平均晶粒度约为5～50nm的纳米晶镍钛基体；步骤2、将步骤1所制备镍钛打磨、抛光至镜面；步骤3、使用连续激光束将步骤2所得镍钛进行表面热加工，通过控制激光功率(50～200W)，激光扫描速度(100～3000mm/s)，激光扫描线间距(5～500μm)3个参数设计出具有不同粗细晶占比的镍钛块体。本发明利用激光加工技术对强塑变镍钛内部的晶粒尺寸分布进行精准设计，实现其应力应变响应调控及制冷性能优化。此外，该制备方法工序简单，理论成熟，成本低廉，可根据实际需求快速设定加工参数并进行构件量产，具有非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于金属材料微观组织设计、热力学性能调控领域，具体涉及制备具有不同粗细晶占比的梯度晶粒结构超弹性镍钛形状记忆合金的方法。

背景技术

镍钛合金是目前使用最广泛的形状记忆合金。但不同的领域对其力学性能要求不同，例如，作为抗震阻尼器件时要求其具有可观的能量吸收能力和延展性，而作为心血管支架和眼镜框架时则要求其拥有高的强度和循环稳定性以及小的相变耗散。此外，当前以镍钛合金为核心部件的固态制冷领域要求该材料既拥有粗晶组织所具有的大潜热，又要求其具备超细纳米晶组织所具有的低能量耗散。针对镍钛合金在固态制冷中应用，迫切需要一种方法，能根据实际需求精准调控粗细晶占比，以达到应力应变响应和相变行为的调控，从而实现制冷性能的优化。

发明内容

针对现有应用需求，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种调控镍钛合金应力应变响应以提高制冷性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、采用多道次缓慢冷轧的强烈塑性变形(以下简称强塑变)工艺，制备出平均晶粒尺寸约为5～50nm的纳米晶超弹性镍钛形状记忆合金薄板基体；

步骤2、将步骤1所制备纳米晶镍钛合金打磨、抛光至镜面；

步骤3、将步骤2所得镍钛合金使用连续激光束进行表面热加工，通过控制激光功率(50～200W)，激光扫描速度(100～3000mm/s)，激光扫描线间距(5～500μm)3个参数设计出具有不同粗细晶占比的镍钛合金块体。

所述步骤1中超细纳米晶镍钛合金基体可为其他类型的记忆合金，如镍钛系合金、铜镍系合金、铜铝系合金、铜锌系合金、铁系合金钴系合金等形状记忆合金。

所述步骤1中强塑变冷轧过程控制轧件入口速度在10mm/s以下，轧辊每次下压向量不大于0.5mm，冷轧过程可间断性使用冷水冷却轧辊和镍钛板。

所述步骤1中的原材料为晶粒度大于100nm的商用超弹性镍钛合金板，为使强塑变冷轧过程中板材变形均匀且较少微裂纹生成，镍钛外层包裹不锈钢板，通过单向多道次轧制使基体平均晶粒度减小至50nm以下，板材变形量达20％～60％之间为宜。

所述步骤2中，通过手动打磨轧制后的镍钛板，砂纸由粗到细，待到无肉眼可见划痕后，将其置于抛光液中进行震动抛光，直至光镜下无可见划痕为止。

所述步骤3中激光会在轧制薄板表面沿厚度方向形成递减的温度场，通过控制激光功率，激光扫描速度，扫描线间距3个参数进而控制输入的能量，实际应用可根据需要加工构件的几何尺寸和初始微观组织调整参数，从而制备出满足要求和含有理想粗细晶分布的样品。

所述步骤3中的操作需在密闭舱室内进行，首先将需要加工的样品固定于舱室内的基板上，对密闭舱抽真空，随后通入氩气，待氧含量降低到200ppm以下后进行激光表面加工。

本发明具有如下优点：