[发明专利]一种具有双程记忆效应NiTiHf高温形状记忆合金及其4D打印方法与应用

权利要求书

1.一种NiTiHf高温形状记忆合金的4D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）制粉：将高纯钛、高纯镍和高纯结晶铪按照所需设计的原子百分比进行配料，真空熔炼，得到NiTiHf合金棒，通过电极感应熔炼气体雾化法或等离子旋转电极雾化法制得NiTiHf合金粉末，筛分处理，得到所需尺寸范围的NiTiHf合金粉末；

（2）模型构建与基板预热：构建所需制备结构零件的三维模型，完成切片处理并生成打印文件；基板选用NiTi合金基板并对NiTi合金基板进行预热；

（3）4D打印成形：将步骤（1）筛分后的NiTiHf合金粉末采用低激光功率低扫描速度的激光粉末床熔化4D打印增材制造成形，或低预热温度的电子束粉末床熔化4D打印增材制造成形，得到具有双程记忆效应的NiTiHf高温形状记忆合金；

步骤（2）中基板预热温度120~500 ℃；

步骤（3）中所述的低激光功率低扫描速度的激光粉末床熔化4D打印成形的工艺条件为：低激光功率为45~100 W，低激光扫描速度为100~200 mm/s，激光扫描间距为60~100 μm，铺粉层厚为20~50 μm，扫描策略为层间旋转67°~90°；或，

步骤（3）中所述电子束粉末床熔化4D打印增材制造成形的工艺条件为：加速电压为60~80 kV，扫描电流为15~25 mA，扫描间距为150~250 μm，铺粉层厚为50~100 μm，扫描速率为800~1300 mm/s，扫描策略为层间旋转67°~90°。

2.根据权利要求1所述的NiTiHf高温形状记忆合金的4D打印方法，其特征在于，步骤（1）中所述NiTiHf合金棒的原子百分比元素组成为：Ni 50.1~52.5at.%，Hf 19.0~22.5at.%，余量为Ti。

3.根据权利要求1所述的NiTiHf高温形状记忆合金的4D打印方法，其特征在于，步骤（1）所述的电极感应熔炼气体雾化法步骤具体步骤如下：

将NiTiHf合金棒通过电极感应加热到1450~1750 ℃之间；通过高纯氩气雾化合金棒得到合金粉末，雾化压力为2.5~4.5 MPa，补气压力为0.05~0.2 MPa，雾化气体温度30~45 ℃，熔炼功率为15~25 kW，整个环境氩气保护。

4.根据权利要求1所述的NiTiHf高温形状记忆合金的4D打印方法，其特征在于，步骤（1）所述的等离子旋转电极雾化法具体步骤如下：

将NiTiHf合金棒通过高温等离子弧熔化，雾化合金熔体得到合金粉末，电极棒转速为18000~24000 r/min，等离子弧电流强度为1500~2000 A，进给速率为0.8~1.2 mm/s，雾化介质采用高纯氩气。

5.根据权利要求1所述的NiTiHf高温形状记忆合金的4D打印方法，其特征在于，步骤（3）中，适用于激光粉末床熔化4D打印增材制造成形的NiTiHf合金粉末尺寸为15~75 μm，所述激光粉末床熔化4D打印增材制造成形的基板预热温度为150~350℃。

6.根据权利要求1所述的NiTiHf高温形状记忆合金的4D打印方法，其特征在于，步骤（3）中，适用于电子束粉末床熔化4D打印成形的NiTiHf合金粉末尺寸为50~120 μm，电子束粉末床熔化4D打印增材制造成形的基板预热温度为300~500 ℃。

7.一种根据权利要求1至6任一项所述制备方法制备得到的具有双程记忆效应的NiTiHf高温形状记忆合金。

8.一种根据权利要求7所述的具有双程记忆效应的NiTiHf高温形状记忆合金在高温领域的应用，其特征在于：所述应用为在制备航空发动机智能空气冷却器、航天飞机固体助推器、立方星释放装置、可变翼的变形蒙皮、电流过载保护器、高驱动力装置、核电站安全控制阀、井下油气流量控制阀和火灾报警装置。