一種TiNiCuNb記憶合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明有關于一種TiNiCuNb記憶合金及其制備方法,屬于記憶合金技術領域。
【背景技術】
[0002]在二元TiNi形狀記憶合金中添加第三組元可以改變其相變行為及形狀記憶特性，在這些合金元素中，添加Cu可以降低合金的滯后，并且隨著Cu含量的增多，滯后逐漸減小，這一特點有利于制造更靈敏的溫度響應驅動器。然而，當銅含量超過1at.%時，合金塑性差，難以進行塑性變形加工。
[0003]因此，如何獲得一種具有良好加工塑性的窄滯后形狀記憶合金，仍是本領域目前亟待解決的問題之一。
【發明內容】
[0004]為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種TiNiCuNb記憶合金，通過添加Nb元素調整TiNiCu形狀記憶合金的塑性變形能力，該TiNiCuNb記憶合金是一種同時具有窄滯后和良好的塑性變形加工能力的記憶合金。
[0005]本發明的目的還在于提供上述TiNiCuNb記憶合金的制備方法。
[0006]為達到上述目的，本發明提供了一種TiNiCuNb記憶合金，其化學式為(Ti50Ni50 xCux) 100 yNby，其中，X = l-15,y = 3-20, Ti,Ni,Cu 和 Nb 四種元素的原子百分數之和為100%。
[0007]本發明通過向TiNiCu基體中添加Nb元素能夠制備得到具有良好加工性能的、窄滯后的TiNiCuNb形狀記憶合金。
[0008]本發明還提供了上述TiNiCuNb記憶合金的制備方法，其包括以下步驟:
[0009]按TiNiCuNb記憶合金的成分配比選取純度在99wt.%以上的單質鈦、鎳、銅、鈮；
[0010]將單質鈦、鎳、銅、鈮放入真空度高于10 1Pa或惰性氣體保護的熔煉爐中，熔煉成TiNiCuNb記憶合金。
[0011]根據本發明的具體實施方案，優選地，上述方法還包括以下步驟:
[0012]將熔煉得到的TiNiCuNb記憶合金澆鑄成鑄錠。
[0013]熔煉后澆鑄得到的鑄錠可以進一步進行加工得到具有一定外形尺寸的型材。因此，本發明所提供的TiNiCuNb記憶合金的制備方法還可以包括以下步驟:
[0014]將鑄錠擠壓、熱鍛造、塑性加工，得到型材。
[0015]為提高熱鍛成型之后型材的性能，優選地，熱鍛造的溫度控制在800-900°C。
[0016]在本發明的具體實施方案中，根據所要制備的型材的不同，可以對記憶合金鑄錠進行不同的塑性加工。本發明所采用的塑性加工包括以下幾種具體工藝:
[0017]1、冷軋:對熱鍛成型的合金進行冷軋和再結晶退火，可以得到板材。其中板材的厚度可以根據需要，通過調整冷軋的次數以及變相量等工藝參數進行控制。在冷軋過程中，一般難以通過一次冷軋就得到復合要求的板材，因此，為使所獲得的板材的尺寸和性能滿足要求，可以重復進行冷軋和退火，直到獲得滿足要求的板材。
[0018]2、冷拔:對熱鍛成型后的材料進行冷拔和再結晶退火，可以得到絲材。其中絲材的直徑可以根據需要，通過調整冷拔的次數以及變相量等工藝參數進行控制。在冷拔過程中，一般難以通過一次冷拔就得到復合要求的絲材，因此，為使所獲得的絲材的尺寸和性能滿足要求，可以重復進行冷拔和退火，直到獲得滿足要求的絲材。
[0019]3、熱軋:對熱鍛成型的合金進行熱軋，可以得到板材。
[0020]4、熱拔:對熱鍛成型的合金進行熱拔，可以得到絲材。
[0021]根據本發明的具體實施方案，優選地，在上述過程中，再結晶退火的溫度為600-700。。。
[0022]其中，在上述塑性加工中，所采用的各種設備和工藝方法均是塑性加工領域常用的設備和方法，為得到不同的型材而對工藝參數和工藝步驟等進行的各種調整和控制均可以根據本領域通常采用的工藝方案進行。
[0023]根據本發明的具體實施方案，優選地，該方法還包括對型材進行700-800°C的高溫退火處理、時效處理的步驟。通過不同溫度下進行的時效處理可獲得相變溫度可調的窄滯后記憶合金。時效處理的溫度根據需要可以控制為300°C -800°C。
[0024]根據本發明的具體實施方案，優選地，該方法還包括對型材進行低于500°C的低溫退火處理的步驟。通過低溫退火處理可以獲得大線彈性應變、低彈性模量的記憶合金。
[0025]本發明提供的TiNiCuNb記憶合金在經過塑性加工(比如冷拔獲得絲材)、高溫退火后經過不同溫度的時效處理可以獲得相變溫度范圍可調的較小溫度滯后；而當冷變形加工后進行的低溫退火則使其成為納米線Nb/TiNiCu基體原位復合材料，復合材料具有大線彈性應變、低彈性模量的特點。
【附圖說明】
[0026]圖1是實施例1提供的(Ti5Ji4lAw) 93Nb7記憶合金的鑄態掃描電鏡照片。
[0027]圖2a和圖2b分別是實施例1提供的(Ti5QNi4QCu1Q) 93Nb7記憶合金經過拔絲退火后的絲材縱截面和橫截面掃描電鏡照片。
[0028]圖3是實施例1提供的(Ti5QNi4QCu1Q)93Nb7記憶合金絲材經過不同溫度時效后的DSC曲線。
[0029]圖4是實施例1提供的(Ti5QNi4QCu1Q) 93Nb7馬氏體正逆相變峰值溫度與時效溫度的關系曲線。
[0030]圖5是實施例2提供的(Ti5Ji4lA1J 83Nb17記憶合金的鑄態掃描電鏡照片。
[0031]圖6a和圖6b分別是實施例2提供的(Ti5QNi4QCu1Q) S3Nb17記憶合金經過拔絲退火后的絲材縱截面和橫截面掃描電鏡照片。
[0032]圖7是實施例2提供的(Ti5QNi4QCu1Q)S3Nb17記憶合金絲材經過不同溫度退火后的DSC曲線。
[0033]圖8是實施例2提供的(Ti5QNi4QCu1Q)S3Nb17記憶合金在母相狀態下拉伸的循環應力-應變關系曲線。
[0034]圖9為實施例3的(Ti5QNi3SCu12) 93Nb7記憶合金的鑄態掃描電鏡照片。
[0035]圖1Oa和圖1Ob分別為實施例3的(Ti50Ni38Cu12) 93Nb7記憶合金經過拔絲退火后的絲材的縱截面和橫截面掃描電鏡照片。
[0036]圖11為實施例3的(Ti5QNi3SCu12)93Nb7記憶合金絲材經過不同溫度退火后的DSC曲線。
[0037]圖12為實施例3的(Ti50Ni38Cu12)93Nb7記憶合金在室溫下拉伸的循環應力_應變關系曲線。
[0038]圖13為實施例4的(Ti5QNi4QCu1Q) 95Nb5記憶合金的鑄態掃描電鏡照片。
[0039]圖14a和圖14b分別為實施例4的(Ti5QNi4QCu1Q) 95Nb5記憶合金經過拔絲退火后的絲材的縱截面和橫截面掃描電鏡照片。
[0040]圖15為實施例4的(Ti5QNi4QCu1Q)95Nb5記憶合金絲材經過不同溫度退火后的DSC曲線。
[0041]圖16為實施例4的(Ti5QNi4QCu1Q)95Nb5記憶合金經500°C退火后在室溫下拉伸的循環應力-應變關系曲線。
【具體實施方式】
[0042]為了對本發明的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施范圍的限定。
[0043]本發明提供的TiNiCuNb記憶合金的制備方法可以包括以下具體步驟:
[0044]1、按TiNiCuNb記憶合金成分配比選取純度在99wt.%以上(優選為99.9wt.% )的銅、純度在99wt.%以上(優選為99.9wt.% )的鈦、純度在99wt.%以上(優選為99.9wt.% )的鎳、純度在99wt.%以上(優選為99.9wt.% )的鈮；
[0045]2、將所述復合材料成分放入熔煉爐中，熔煉得到TiNiCuNb記憶合金，然后將其澆鑄成鑄錠；
[0046]3、將鑄錠在800-850 °C熱鍛成棒狀或餅狀材料；
[0047]4、將熱鍛得到的棒狀或餅狀材料重復進行塑性加工，直到得到所需的型材。
[0048]實施例1
[0049]本實施例提供一種(TiMNi4()Cu1(j)93Nb7記憶合金,其是通過以下步驟制備得到的:
[0050](I)、以(Ti5QNi4QCu1Q)93Nb7記憶合金復合材料的總量計，按Nb含量7at.%,Ti含量
46.5at.%,Ni含量37.2at.%,Cu含量9.3at.%的配比，選取純度為99.9wt.%的鈮、純度為99.9wt.%的鈦、純度為99.9wt.%的鎳和純度為99.9wt.%的銅，其中，Nb、T1、Ni和Cu的原子百分數之和為100% ；
[0051](2)、將上述合金組分放入真空熔煉爐中，在-0.5MPa的氬氣保護下熔煉成鑄錠；
[0052](3)、將鑄錠在800-850 °C熱鍛成棒狀材料；
[0053](4)、在600°C下，對熱鍛得到的棒狀材料進行熱拔得到直徑Imm的絲材；
[0054](5)、將步驟(4)中所得到的絲材在650°C下進行3分鐘退火處理；
[0055](6)、將步驟(5)中所得到的絲材進行冷拔直到不能拔為止；
[0056](7)、將步驟(6)中所得到的絲材在650°C下進行3分鐘退火處理；步驟(6)和步驟(7)的操作可以按照本領域通常采用的方法進行；
[0057](8)、重復步驟(6)和步驟(7)，直到得到直徑為0.5mm的(Ti5QNi4QCu1Q) 93Nb7記憶合金絲材。
[0058]該(TiMNi4(]Cu1(])93Nb7記憶合金鑄態掃描電鏡照片如圖1所示，其經過拔絲退火后的絲材的縱截面和橫截面掃描電鏡照片分別如圖2a和圖2b所示。
[0059]圖3為(Ti5QNi4QCu1Q)93Nb7記憶合金絲材先經過700°C、20min的退火處理，然后經不同溫度時效處理后的DSC曲線，時效處理的溫度和時間分別為300°C +2h、400°C +2h、500°C +lh、600°C +lh、700°C +0.5h、800°C +1.5h。
[0060]由圖3所示的DSC曲線可以看到，當記憶合金經過700°C退火后，相變滯后(正向變與逆向變的峰值溫度差)約為15°C，遠低于通常二元Ti