一種TiNiCuNb形狀記憶合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種形狀記憶合金。本發明也涉及一種形狀記憶合金的制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，Cu含量大于7.5&七％的TiNiCu形狀記憶合金憑借其窄相變滯后引起了工業界的廣泛重視。一般來說，TiNiCu形狀記憶合金的相變滯后隨Cu含量增加而減小，最小可達4°C左右，可以極大地提高驅動器的動作頻率。然而，當Cu含量超過1at.%后，TiNiCu合金的冷熱加工性能和形狀記憶性能均變差。上述原因導致該合金系很難獲得大規模的實際工程應用。因此，在保持TiNiCu合金窄相變滯后特性的前提下，改善合金的冷熱加工性能與形狀記憶效應已經成為研宄熱點。現有的手段主要是利用熔體快淬工藝制備TiNiCu薄帶或利用磁控濺射工藝制備薄膜，這樣可以跳過冷熱加工的步驟。然而受制備工藝限制，薄帶或薄膜的厚度均不超過60微米，這極大地制約了 TiNiCu合金的實際工程應用。因此，迫切需要尋找其他手段制備具有良好冷熱加工能力與形狀記憶效應的高Cu含量的TiNiCu
I=I O
[0003]“ Ti5tlNi16Cu25Nb9阻尼合金的研制”(鈦工業進展，2009，25 (5) 26-29)中介紹:“Ti5(lNi16Cu25Nb9是在TiNiCu阻尼合金的基礎上發展的一種新型阻尼合金。X射線衍射(XRD)和能譜(EDS)分析表明，Nb的加入使Ti5tlNi16Cu25Nb9合金在凝固過程中發生共晶反應，生成單斜結構的BI V馬氏體和fee結構β -Nb相。晶粒內部為富Ni貧Cu馬氏體與β -Nb相的共晶組織，晶間為富Cu貧Ni相，合金中存在明顯的微觀偏析。高溫固溶熱處理可以改善合金的微觀偏析，但是隨著熱處理溫度的增加，β -Nb軟化相有球化趨勢，相含量減少，不利于優化合金的阻尼性能。900°C X2h+WQ熱處理可以明顯改善合金的微觀偏析，并保留適量的條狀β -Nb相。”該論文中涉及的主要技術手段是以Nb元素取代Ti5tlNi25Cu25中的Ni元素進行成分設計。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種具有良好的冷熱加工性能的TiNiCuNb形狀記憶合金。本發明的目的還在于提供一種工藝簡單的TiNiCuNb形狀記憶合金的制備方法。
[0005]本發明的TiNiCuNb形狀記憶合金的化學式為(TixNiyCuz) 1(l(l_aNba，其中x+y+z =100，X = 48 ?52，z = 10 ?25，a = 3 ?6。
[0006]本發明的TiNiCuNb形狀記憶合金的制備方法為:
[0007]步驟一、按物質的量的比為Ti:Ni:Cu:Nb = (x-ax/100): (y-ay/100): (z-az/100):a 的比例稱取 T1、N1、Cu 和 Nb，其中 x+y+z = 100，x = 48 ?52，z = 10 ?25，a = 3 ?6 ；
[0008]步驟二、將步驟一中稱取的T1、N1、Cu和Nb元素放入非自耗真空電弧爐內，抽真空使背底真空度達到2X10_2?2 XlO _3Pa，然后充入高純氬氣至爐內壓強為300?500Pa，利用高溫電弧將T1、N1、Cu和Nb原料熔煉成鈕扣狀鑄錠，然后翻轉，反復熔煉6?8次；
[0009]步驟三、將步驟二中得到的鈕扣狀鑄錠放入真空爐中，抽真空使真空度達到4Xl(T2Pa，在 900 ?1100°C下保溫 12 ?24h ；
[0010]步驟四、將經步驟三處理的鈕扣狀鑄錠在750?900°C下，進行熱軋，得到厚度為I?3mm的板材，將板材放入真空爐中，抽真空使真空度達到4Xl(T2Pa，800?1000°C下保溫I?2h，得到TiNiCuNb形狀記憶合金。
[0011]為了解決現有高Cu含量TiNiCu合金冷熱加工能力差、形狀恢復率低以及現有手段只能加工薄膜或薄帶的問題，本發明提出了一種TiNiCuNb形狀記憶合金及其制備方法。
[0012]本發明利用Nb塑性好并且在TiNi基體中溶解度有限的特點，以TiNiCu合金與Nb作為兩個相考慮進行成分設計。
[0013]通常來講，當Cu含量超過1at.%后，TiNiCu形狀記憶合金的冷熱加工能力很差，這極大地制約了 TiNiCu合金的工程應用。金屬Nb是一種塑性非常好的元素，已有的研宄表明，相對于TiNi合金，Nb在高溫下是一種軟相。更重要的是，Nb在TiNiCu基體中的溶解度有限，并且不會與其他元素形成脆性相。因此，Nb加入TiNiCu基體中后，可以極大改善合金的冷熱加工能力。本發明通過控制Nb含量，可以調控合金的相變滯后，同時，Nb作為一種固溶強化元素，可以有效改善合金的形狀記憶效應。本發明制備方法簡單、所制備合金的冷熱加工能力優異、相變滯后小、形狀恢復率高，是一種具有應用前景的新型形狀記憶合金。
【附圖說明】
[0014]圖1是實施例一制備的(Ti5tlNi4ciCultl)95Nb5合金的背散射電子像；
[0015]圖2 是實施例一制備的(Ti5tlNi4ciCultl)95Nb^ DSC 曲線；
[0016]圖3是實施例一制備的(Ti5tlNi4ciCultl)95Nb^金在不同變形量下的形狀恢復率。
【具體實施方式】
[0017]本發明技術方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。
[0018]本發明的TiNiCuNb形狀記憶合金的化學式為(TixNiyCuz) 1QQ_aNba，其中x+y+z =100，X = 48 ?52，z = 10 ?25，a = 3 ?6。
[0019]優選為(Ti5tlNi4ciCultl)95Nb5B狀記憶合金。
[0020](Ti5ciNi4ciCultl)95Nb5形狀記憶合金具有良好的冷熱加工性能，其馬氏體相變開始溫度在10°C左右；室溫下其屈服強度為llOMPa，斷裂強度為400MPa，延伸率為10%;完全能夠滿足實際工程應用的需要。
[0021]本發明的(TixNiyCUz)1QQ_aNba形狀記憶合金的制備方法按以下步驟進行:
[0022]一、按物質的量的比為(x-ax/100): (y-ay/100): (z-az/100):a 的比例稱取 T1、N1、Cu 和 Nb，其中 x+y+z = 100，x = 48?52，z = 10?25，a = 3?6;
[0023]二、將步驟一中稱取的T1、N1、Cu和Nb放入非自耗真空電弧爐內，抽真空使背底真空度達到2X10_2?2 XlO _3Pa，然后充入高純氬氣至爐內壓強為500Pa，利用高溫電弧將T1、N1、Cu和Nb原料熔煉成鈕扣狀鑄錠，然后翻轉，反復熔煉6?8次；
[0024]三、將步驟二中得到的鈕扣狀鑄錠放入真空爐中，抽真空使真空度達到4X 10_2Pa，在900?1100°C下保溫12?24h ；
[0025]四、將經步驟三處理的鈕扣狀鑄錠在750?900°C下，進行熱軋，得到厚度為I?3mm的板材，將板材放入真空爐中，抽真空使真空度達到4Xl(T2Pa，800?1000°C下保溫I ?2h，得到(TixNiyCuz)狀記憶合金。
[0026]步驟一中T1、N1、Cu和Nb的純度均不低于99.9 %。
[0027]下面以具體實施例對本發明做更詳細的描述。:
[0028]實施例一:
[0029]一種(Ti5ciNi4ciCultl)95Nb5形狀記憶合金的制備方法按以下步驟進行:
[0030]一、按物質的量的比為47.5:38:9.5:5的比例稱取純度均為99.9%的T1、N1、Cu和Nb ；
[0031 ] 二、將步驟一中稱取的T1、N1、Cu和Nb放入非自耗真空電弧爐內，抽真空使背底真空度達到2 X 10_3Pa，然后充入純度為99.9 %的高純氬氣至爐內壓強為500Pa，利用高溫電弧將T1、N1、Cu和Nb原料熔煉成厚度為16mm的鈕扣狀鑄錠；
[0032]三、將步驟二中得到的鈕扣狀鑄錠放入真空爐中，抽真空使真空度達到4X 10_2P，在900°C下保溫15h進行均勻化處理；
[0033]四、將經步驟三均勻化處理后的鈕扣狀鑄錠在900°C下，進行熱軋，得到厚度為
1.3mm的板材，將板材放入真空爐中，抽真空使真空度達到4X 10—2Pa，在900°C下保溫2h進行固溶處理，得到(Ti5tlNi4ciCultl)95Nb5B狀記憶合金。
[0034]采用電火花切割方法，從實施例一制備的(Ti5tlNi4ciCultl)95Nb5形狀記憶合金中切取長度為20mm、寬度為20mm、厚度為1.3mm的長方體，用砂紙磨去表面的切割痕跡，經拋光后作為背散射電子像觀察樣品，圖1為樣品的背散射電子像，其中白色襯度像為富Nb相，黑色襯度像為基體相。
[0035]采用電火花切割方法，從實施例一制備的(Ti5tlNi4ciCultl)95Nb^狀記憶合金中切取長度為3mm、寬度為1.5mm、厚度為1.3mm的長方體，用砂紙磨去表面的切割痕跡，在Perkin-Elmer Diamond DSC上測試其相變行為，圖2為樣品的DSC曲線，其馬氏體相變開始溫度(Ms)為10°C。定義逆相變結束溫度(Af)與Ms的差值為相變滯后，可見相變滯后約為13°C，略高于Ti5tlNi4ciCultl合金的相變滯后(11°C )。
[0036]采用電火花切割方法，從實施例一制備的(Ti5tlNi4ciCultl)95Nb5形狀記憶合金中切取有效長度為20_、寬度為1.5_、厚度為1.3_的長方體，用砂紙磨去表面的切割痕跡，利用彎曲法測試其力學行為，并與Ti5tlNi4ciCultl合金相比較。圖3為制備的(Ti 50Ni40Cu10)95Nb5^金和Ti5tlNi4ciCultl合金在不同變形量的形狀恢復率。可見，(Ti 5QNi4(lCu1Q)95Nb5合金的形狀恢見率要優于Ti5tlNi4ciCultl合金。
[0037]實施例二:
[0038]將實施例一的步驟一中的物質的量的比改為47.5:28.5:19:5，其他步驟同實施例一。
[0039]實施例三:
[0040]將實施例一的步驟一中的物質的量的比改為47:37.6:9.4:6，其他步驟同實施例
O
【主權項】
1.一種TiNiCuNb形狀記憶合金，其特征是化學式為(Ti xNiyCuz) 1(l(l_aNba，其中x+y+z =100，X = 48 ?52，z = 10 ?25，a = 3 ?6。2.根據權利要求1所述的TiNiCuNb形狀記憶合金，其特征是化學式為(Ti50Ni40Cu10)95Nb5O3.—種TiNiCuNb形狀記憶合金的制備方法，其特征是: 步驟一、按物質的量的比為 Ti:Ni:Cu:Nb = (x-ax/100): (y-ay/100): (z-az/100):a的比例稱取 T1、N1、Cu 和 Nb，其中 x+y+z = 100，x = 48 ?52，z = 10 ?25，a = 3 ?6 ; 步驟二、將步驟一中稱取的T1、N1、Cu和Nb元素放入非自耗真空電弧爐內，抽真空使背底真空度達到2X10_2?2 X 10 _3Pa，然后充入高純氬氣至爐內壓強為300?500Pa，利用高溫電弧將T1、N1、Cu和Nb原料熔煉成鈕扣狀鑄錠，然后翻轉，反復熔煉6?8次； 步驟三、將步驟二中得到的鈕扣狀鑄錠放入真空爐中，抽真空使真空度達到4X10_2Pa，在900?1100°C下保溫12?24h ； 步驟四、將經步驟三處理的鈕扣狀鑄錠在750?900°C下，進行熱軋，得到厚度為I?3mm的板材，將板材放入真空爐中，抽真空使真空度達到4Xl(T2Pa，800?1000°C下保溫I?2h，得到TiNiCuNb形狀記憶合金。
【專利摘要】本發明提供的是一種TiNiCuNb形狀記憶合金及其制備方法。本發明的形狀記憶合金的化學式為(TixNiyCuz)100-aNba。本發明的制備方法包括：一、稱取Ti、Ni、Cu和Nb；二、在非自耗真空電弧爐內，將原料熔煉成鑄錠；三、將鑄錠放入真空爐中進行均勻化處理；四、將鑄錠熱軋成板材，在真空爐中進行固溶處理，得產物。本發明工藝簡單,所得產物的加工性能好、形狀恢復率高、并且相變滯后比較小，是一種有應用前景的形狀記憶合金。本發明解決了現有TiNiCu合金加工性能差、形狀恢復率低的問題。
【IPC分類】C22F1/00, C22C30/02
【公開號】CN104946956
【申請號】CN201510312642
【發明人】佟運祥, 王廣超, 胡闊鵬, 鄭玉峰, 李莉
【申請人】哈爾濱工程大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月9日