[发明专利]一种基于选区激光熔化的TiZrNb高温形状记忆合金的4D打印优化方法

说明书

本发明公开了一种基于选区激光熔化的TiZrNb高温形状记忆合金的4D打印优化方法，涉及增材制造技术领域。本发明通过旋转电极雾化制备预期成分的TiZrNb高温形状记忆合金的预合金化粉末；对高温形状记忆合金的粉末进行选区激光熔化块体成型，之后进行致密度分析，得到最优工艺参数区间；对最优工艺参数区间的参数进行形状记忆性能分析和力学性能分析；对上述实验辅以金相分析和微观形貌分析；综合力学性能分析，形状记忆性能分析及微观形貌分析得到最优工艺参数。本发明实现了4D打印材料的高相变温度和优异形状记忆性能，其最大奥氏体形成温度可达700K以上，显微硬度达到3.8GPa，形状记忆恢复率最大可达到43％。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种基于选区激光熔化的 TiZrNb高温形状记忆合金的4D打印优化方法。

背景技术

增材制造技术(俗称“3D打印”技术)是近三十年来发展起来的基于数字模型设计软件将材料分解为逐层数据以实现累加制造实体零件的技术，具有成形速度快、生产周期短、材料利用率高、材料适应性好、无需图纸及工装设备、数字化程度高等优点，广泛应用于机械制造、航空航天、生物医疗等领域。随着高端设备的智能化发展中的重心逐渐转变为智能特性要求，4D 打印技术通过3D打印技术制造特种构件实现形状、性能或功能随时间的可控变化，是实现复杂智能构件或智能材料制造的有效手段。

形状记忆合金能够通过奥氏体相和马氏体相的晶体学对应关系，在低温马氏体形态下发生相变之后可以在温度到达奥氏体转变温度后自动回复变形之前的形状，是一种应用广泛的智能材料。目前应用最广泛的形状记忆合金是近等原子比镍钛形状记忆合金。然而NiTi形状记忆合金的马氏体相变温度较低(一般低于373K)以及其可加工性能较差，极大地限制了其进一步应用。为了应对诸如航空发动机尾喷管等高温领域，高温形状记忆合金的概念被提出并开展研究。目前Cu基，NiTi-X(X＝Hf，Zr)，CoNiGa，NiMnGa 等高温形状记忆合金已经可以实现在高于373K的高温环境的形状记忆相变，但是都存在诸如可加工性差，价格昂贵，成型困难等各种难以克服的缺点，限制其发展应用。

Ti基高温形状记忆合金具有优异的冷热加工性能，稳定的高相变温度且成本较低的优点，在高温形状记忆领域得到了广泛关注，包括Ti-Zr基，Ti-Nb 基，Ti-Ta基，Ti-Mo基在内的新型钛基形状记忆合金已经在铸造冶金领域开始研究。目前，室温状态下Ti-Zr二元形状记忆合金的相变温度可达到800K 以上，进一步添加Nb、Fe、Ta、Al、B等第三和第四元素可以调控相变行为，协调马氏体相变温度和形状记忆效应。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于选区激光熔化TiZrNb高温形状记忆合金的4D打印制备工艺优化方法，通过致密度分析得出最优工艺参数区间，再结合力学性能分析和形状记忆性能分析，辅以微观形貌分析，得出最优工艺参数的方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明一种基于选区激光熔化TiZrNb高温形状记忆合金的4D打印制备工艺优化方法是通过以下技术方案实现的：

步骤一：通过旋转电极雾化制备预期成分的TiZrNb高温形状记忆合金的预合金化粉末。

步骤二：对高温形状记忆合金的粉末进行选区激光熔化块体成型，之后进行致密度分析，得到最优工艺参数区间。

步骤三：对最优工艺参数区间的参数进行形状记忆性能分析和力学性能分析。

步骤四：对上述实验辅以金相分析和微观形貌分析。

步骤五：综合力学性能分析，形状记忆性能分析及微观形貌分析得到最优工艺参数。

在上述技术方案中，在步骤一中，所述TiZrNb高温形状记忆合金粉末的名义原子配比为7:2:1。

在上述技术方案中，在步骤一中，所述TiZrNb高温形状记忆合金粉末形式为预合金化粉末。