一种窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种窄温区控温Ni‑Ti形状记忆合金的制备方法，包括以下步骤：(1)对未经处理的Ni‑Ti形状记忆合金进行脉冲电流退火热处理：脉冲电流强度I为900A～1300A，退火时间t为30min～60min；退火温度T为450℃～900℃；(2)对经脉冲电流热处理的Ni‑Ti形状记忆合金进行液氮淬火处理，得到窄温区控温Ni‑Ti形状记忆合金。本发明专利技术还公开了窄温区控温Ni‑Ti形状记忆合金及其应用。本发明专利技术能确实有效地促进Ni4Ti3析出相的析出，有效制备窄温区控温的形状记忆合金，大大缩短热处理所用的时间，具有节能环保的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金及制备方法和应用
本专利技术涉及Ni-Ti形状记忆合金领域，特别涉及一种窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金及制备方法和应用。
技术介绍
形状记忆合金是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后，通过加热到相变临界温度以上又可以恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金是一种集感知和驱动于一体的功能材料。目前，形状记忆合金在航空航天领域内的应用有很多成功的范例，比如，人造卫星天线可以用形状记忆合金制作，发射之前将抛物面天线折叠装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，加温使折叠的形状记忆卫星天线自然展开，恢复其抛物面形状；形状记忆合金在临床医疗领域内也有着广泛的应用前景，例如人造骨骼、伤骨固定加压器、牙科正畸器等。另外，形状记忆合金也同我们的日常生活息息相关，以形状记忆合金制成的控温弹簧为例，把该弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。利用形状记忆合金弹簧可以控制浴室水管的水温，在水温过高或过低时通过记忆功能，调小或调大热水的流量，从而达到QBT2806-2006温控水嘴标准中恒温水龙头最高水温不得高于49℃的规定。在制备形状记忆合金的过程中，要获得所需的使用性能往往需要经过一定工序的热处理。传统的热处理方法一般是对合金进行长时间(几小时甚至几十小时)的退火处理才能达到目的，但是这种热处理方式不仅耗费大量时间，而且能耗极大，造成较大的环境污染。大量研究表明在Ni-Ti形状记忆合金中，记忆相NiTi2颗粒在NiTi合金基体中的析出可引起Ni、Ti原子比改变，进而很大程度上影响Ni-Ti形状记忆合金的相变点，当基体中Ni原子含量比较高时，Ni-Ti形状记忆合金的相变点甚至低于0℃以下，这将严重影响其形状记忆效应在实际工程中的应用。同时原子比的变化可能会彻底改变Ni-Ti形状记忆合金的相变类型，此时，形状记忆合金并不能由奥氏体B2→B19′马氏体进行一步相变，而需要由R相变进行过渡，发生B2→R→B19′两步相转变。而Ni4Ti3相在B2相中不仅改变了Ni、Ti原子比，且其共格析出使基体中产生了内应力，也延缓了B2→B19′的相变速度，使形状记忆效应更加显著，因而热处理后出现相变归因于NiTi2相的减少并产生了Ni4Ti3析出相，这有利于实现形状记忆效应的调控及其工程应用。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金的制备方法，能确实有效地促进Ni4Ti3析出相的析出，有效制备窄温区控温的形状记忆合金，并且可以大大缩短热处理所用的时间，具有节能环保的效果。本专利技术的另一目的在于提供一种窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金材料。本专利技术的再一目的在于提供上述窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金的应用。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金的制备方法，包括以下步骤：(1)对未经处理的Ni-Ti形状记忆合金进行脉冲电流退火热处理：脉冲电流强度I为900A～1300A，退火时间t为30min～60min；退火温度T为450℃～900℃；(2)对经脉冲电流热处理的Ni-Ti形状记忆合金进行液氮淬火处理，得到窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金。步骤(2)所述对经脉冲电流热处理的Ni-Ti形状记忆合金进行液氮淬火处理，具体为：将经脉冲电流热处理的Ni-Ti形状记忆合金冷却到200-250℃，取出试样，采用液氮淬火。所述Ni-Ti形状记忆合金的成分为由Ni和Ti组成，其中Ti44～51wt.％，Ni56～49wt.％。步骤(1)所述未经处理的Ni-Ti形状记忆合金采用粉末冶金法制备，制备过程如下：将Ni-Ti合金粉在混粉机中混合均匀；将混合均匀的粉末置于惰性气氛保护的球磨机中进行高能球磨，直至形成纳米晶或非晶结构的合金粉末；将高能球磨得到的纳米晶或非晶合金粉末装入烧结模具内，获得圆柱状形状记忆合金材料。步骤(1)所述未经处理的Ni-Ti形状记忆合金采用铸造法制备，制备过程如下：将纯Ni的金属块体和纯Ti的金属块体经多次反复熔炼直至成分均匀，再吸铸得到圆柱状形状记忆合金材料。所述Ni-Ti形状记忆合金的成分由Ni、Ti和Cu组成，其中Ti44～48wt.％，Ni46～47wt.％，Cu5～10wt.％。步骤(1)所述未经处理的Ni-Ti形状记忆合金采用粉末冶金法制备，制备过程如下：将纯Ni，纯Ti和纯Cu合金元素粉按质量比称量并在混粉机中混合均匀；将混合均匀的粉末置于惰性气氛保护的球磨机中进行高能球磨，直至形成纳米晶或非晶结构的合金粉末；将高能球磨得到的纳米晶或非晶合金粉末装入烧结模具内，获得圆柱状形状记忆合金材料。步骤(1)所述未经处理的Ni-Ti形状记忆合金采用铸造法制备，制备过程如下：将纯Ni金属块体，纯Ti金属块体和纯Cu的金属块体经多次反复熔炼直至成分均匀，再吸铸得到圆柱状形状记忆合金材料。所述的窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金的制备方法制备得到的窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金。所述窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金在水暖卫浴行业的应用。本专利技术的原理为：脉冲电流热处理过程中，电流的电致迁移效应能够影响固态相变过程中原子的扩散速率，从而高密度脉冲电流对新相的析出、生长、非晶晶化等固态相变过程会产生重要影响。根据经典的晶体形核长大理论，高密度脉冲电流有利于促进晶体的形核、抑制晶体的长大，从而获得晶粒细小的组成相。另外，由于记忆相的相变温度接近室温，故液氮淬火处理有利于保留住脉冲电流热处理获得的晶粒细小的记忆相与其他组成相。因此，采用脉冲电流对记忆合金进行退火处理，通过合理调控热处理参数，有助于制备出窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金，从而实现在水暖卫浴行业的广泛应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术的方法采用脉冲电流对记忆合金进行低温短时热处理，能确实有效地促进Ni4Ti3析出相的析出，从而合理调控记忆合金基体的原子比，通过控制相变温度使常温下马氏体与奥氏体的相对含量实现可控性，从而影响材料的记忆效应，可有效制备窄温区控温的形状记忆合金，从而实现在水暖卫浴行业的广泛应用。(2)本专利技术的方通过利用脉冲电流高效快速的特点，从而可以大大缩短热处理所用的时间，具有节能环保的效果。附图说明图1为实施例1中脉冲电流热处理前粉末烧结形状记忆合金的XRD谱。图2为实施例1中脉冲电流热处理后粉末烧结形状记忆合金的XRD谱。图3为实施例1中脉冲电流热处理前后粉末烧结形状记忆合金的DSC曲线。图4为实施例2中脉冲电流热处理前后铸造形状记忆合金的XRD谱。图5为实施例2中脉冲电流热处理前后铸造形状记忆合金的DSC曲线。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1步骤(1)：窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金的成分设计合金成分按质量百分比计设计为Ti44.73Ni55.27，该成分可使合金满足相变驱动力减小、窄温区响应相变等目的。步骤(2)：窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金的制备将混合均匀的Ni-Ti合金粉末置于氩气保护的行星球磨机(QM-2SP20)中进行高能球磨，罐体和磨球材料等球磨介质均为不锈钢，磨球本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种窄温区控温Ni‑Ti形状记忆合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对未经处理的Ni‑Ti形状记忆合金进行脉冲电流退火热处理：脉冲电流强度I为900A～1300A，退火时间t为30min～60min；退火温度T为450℃～900℃；(2)对经脉冲电流热处理的Ni‑Ti形状记忆合金进行液氮淬火处理，得到窄温区控温Ni‑Ti形状记忆合金。

【技术特征摘要】
1.一种窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对未经处理的Ni-Ti形状记忆合金进行脉冲电流退火热处理：脉冲电流强度I为900A～1300A，退火时间t为30min～60min；退火温度T为450℃～900℃；(2)对经脉冲电流热处理的Ni-Ti形状记忆合金进行液氮淬火处理，得到窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金。2.根据权利要求1所述的窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述对经脉冲电流热处理的Ni-Ti形状记忆合金进行液氮淬火处理，具体为：将经脉冲电流热处理的Ni-Ti形状记忆合金冷却到200-250℃，取出试样，采用液氮淬火。3.根据权利要求1所述的窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金的制备方法，其特征在于，所述Ni-Ti形状记忆合金的成分为由Ni和Ti组成，其中Ti44～51wt.％，Ni56～49wt.％。4.根据权利要求3所述的窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述未经处理的Ni-Ti形状记忆合金采用粉末冶金法制备，制备过程如下：将Ni-Ti合金粉在混粉机中混合均匀；将混合均匀的粉末置于惰性气氛保护的球磨机中进行高能球磨，直至形成纳米晶或非晶结构的合金粉末；将高能球磨得到的纳米晶或非晶合金粉末装入烧结模具内，获得圆柱状形状记忆合金材料。5.根据权利要求3所述的窄温区控温Ni-Ti形状记忆合金的制备方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，叶文兵，丁言飞，冯松展，
申请(专利权)人：华南理工大学，开平法兰多卫浴有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44