[发明专利]形状记忆合金基复合智能材料及其制备方法

说明书

本发明提供形状记忆合金基复合智能材料及其制备方法，能够促进增材制造形状记忆合金过程中的界面气孔溢出、提高熔池稳定性，并最终提高其力学性能、阻尼和形状记忆功能。形状记忆合金基复合智能材料制备方法的特征在于：在形状记忆合金混合粉末中添加0.15wt％～2.00wt％的炭黑、石墨烯、碳纳米颗粒、碳纳米纤维或碳纳米管这些碳颗粒材料中的一种或几种混杂；在惰性气体的保护下用混料机进行粉末均匀搅拌混合，再将混合粉末烘干，作为增材制造的原料粉末。

技术领域

本发明属于形状记忆合金领域，具体涉及形状记忆合金基复合智能材料及其制备方法。

背景技术

智能材料是指在外界环境激励下，不仅具有承载、传力、连接等能力，还具有自感知、自诊断、自驱动、自修复等功能的一类材料，能够实现结构功能化和功能智能化。作为一种关键智能材料，形状记忆材料具有高阻尼、形状记忆效应、电阻特性、自适应性和高强高韧等独特性能，可作为智能阻尼元件和智能减振装置应用于电子通信、医疗卫生、机械制造、航空航天、能源化工及土木建筑等领域。其中，形状记忆合金(Shape Memory Alloys，SMA)因其强度高、生产成本低，具有良好的形状记忆效应和力学性能，在医疗卫生、航空航天、船舶工业中有很好的发展前景。

现有制造形状记忆合金的方法主要有：

1、普通铸造法。在铸造法中，熔铸过程中金属单质易与空气中氧发生反应，生成的氧化物夹杂恶化材料性能；并且铸造过程易生成疏松、缩孔和裂缝等缺陷，导致合金致密度降低；热、冷加工时易生成表面开裂和边裂等缺陷，因此制造的形状记忆合金的工艺性能较差，晶粒尺寸不均，铸件力学性能较低，且存在阻尼性能的时效衰减效应；

2、真空感应炉冶炼法(比如CN 108559896A和CN 106148782B等)。在真空环境下，将金属单质放入坩埚中预热，在氩气环境下继续加热得到合金熔体，最后把熔体浇铸成型。该方法能够避免熔炼过程中合金中活泼元素的氧化造渣现象，减小气孔的产生，但难以控制坩埚耐火材料对合金液的污染，并可能导致混晶等缺陷，因此，得到的形状记忆合金虽然致密度较高，但是其力学性能较低、阻尼下降，形状记忆效应受到影响。此外，真空感应炉冶炼设备投资费用高，生产成本高；

3、添加稀土元素和精炼剂熔融合成(比如，CN 107254592A、CN 103556020A和CN109811167 A等)。将金属单质、稀土元素和多种精炼剂进行熔融得到合金。合金制造过程中加入稀土元素可细化晶粒，能提高合金的力学性能；加入精炼剂有利于提高铜合金中的夹杂物去除率及合金的耐腐蚀性能。但该方法所加入的Y、Dy、La等稀土元素价格昂贵，且其采用低效率的电阻式加热炉，不适合大规模生产；

随着电子通信、医疗卫生、机械制造、汽车工业和航空航天等领域的蓬勃发展，对形状记忆合金构件的应用要求逐步趋向复杂化、精密化和大型化，而形状记忆合金又属于高熔点、难加工的材料，因而，传统制造加工方法难以完全满足不断苛刻的应用要求。

增材制造技术(Additive Manufacturing,AM)又称3D打印，是基于数字模型，通过分层加工、逐层堆积的方式制造三维实体物件的新技术，增材制造技术突破了传统制造工艺的变形成型和减材制造成型的常规思路，可由零件的三维CAD数据进行“增材”式加工的高端数字化制造技术。该技术可直接获得任意复杂形状的实体零件，实现“净成形”的材料加工新理念。因此，增材制造技术正在成为制造高熔点、难加工、复杂结构形状记忆构件最具潜力的制造方式之一。