一种镍钛形状记忆合金构件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍钛形状记忆合金构件及其制备方法，该镍钛形状记忆合金构件及其制备方法采用成形仓低氧条件下的激光选区熔化法，使用15～53微米的镍钛合金粉末，其中镍的原子分数含量为50.5％～51.0％，余量为钛。采用该制备方法，解决了镍钛合金的加工难题，可用于制备具有复杂结构的镍钛合金构件；且能够在较大范围调整激光熔化工艺参数，如激光功率、扫描速度、扫描间距等，从而得到具有多个相变温度且温度差大的镍钛形状记忆合金构件，并且保持了镍钛合金构件的良好力学性能，能够得到具有多动作变形行为或可编程变形行为功能的镍钛合金构件。

【技术实现步骤摘要】
一种镍钛形状记忆合金构件及其制备方法
本专利技术涉及金属材料及增材制造
，特别涉及一种镍钛形状记忆合金构件及其制备方法。
技术介绍
与传统的减材加工模式不同，增材制造(俗称3D打印)是依据数字模型，通过“离散—堆积”的原理，利用激光、电子束等热源，将粉末、丝材、箔材等按照预先设定的三维模型逐层累积，最终制备所需构件的一种新型加工技术。增材制造技术可以成形高度复杂的结构，同时具有高度自动化、可定制化等特点，受到国内外广泛关注并快速发展。镍钛合金是一种具有形状记忆效应的金属智能材料，能够将自身的变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的特种合金。除了功能特性外，镍钛合金还表现有优良的力学性性能，例如，其延伸率可达20％以上，并具有优异的抗疲劳性能、阻尼特性、耐腐蚀性，以及良好的生物相容性。因此可以满足各类工程和医学的应用需求，是一种性能优越、应用前景广阔的功能材料。然而，镍钛合金的机加工性能和焊接能力均较差，传统的金属材料的加工成型技术不适用于复杂镍钛合金构件的生产，尤其是对于具有不同相变温度区域的同一个构件，采用传统的金属材料加工成型方法难以实现。传统的镍钛合金构件是采用均质材料加工而成，整个构件的不同部位具有相同的相变温度，在外界温度激励下，当升温至某一温度后，构件的不同部位会同时发生形状回复，传统的NiTi合金构件只能对一个温度进行响应，不能响应多个温度激励。目前，制备具有多个相变温度区域的镍钛合金构件的方法主要有两种：(1)利用激光对传统镍钛合金板材或丝材进行处理，即对镍钛合金丝或板不同部位进行激光重熔，使一部分镍挥发，进而改变局部的相变温度，对不同部位使用不同激光重熔工艺，得到具有多个相变温度区域的镍钛合金构件；(2)利用激光选区熔化技术，通过改变工艺参数来改变相变温度，使不同部位在不同的激励温度下发生回复。上述方法都具有一定的缺陷：采用传统方法难以加工镍钛合金的复杂构件，结构通常简单，功能相对单一，也难以有效调控镍钛合金构件局部的相变温度，因此传统方法制备的镍钛合金构件不同的部位往往具有相同的相变温度，在外界激励下，只能对单一温度进行响应，不能实现多动作变形；激光局部加热熔融技术仅能对较薄的板材或较细的丝材进行处理，不适用于厚板或者粗丝；且仅能对结构较为简单的镍钛合金构件进行加工，例如板材或丝材，难以应用到结构复杂的镍钛合金构件中，因为利用传统方法难以加工复杂镍钛合金构件，激光也照射不到复杂构件的某些部位，无法对这些部位进行重熔处理；采用激光选区熔化方法加工镍钛合金构件，为了获得致密的构件，工艺参数可变范围小，导致相变温度的可调范围较小，难以将不同部位的相变温度分开，即不同部位的相变温度差较小，也难以进一步增加相变温度不同的相变温度区域，若大范围改变激光选区熔化工艺参数，如激光功率、扫描速度等参数，会造成构件的力学性能下降，材料会变得比较脆，导致镍钛合金构件的可变形量急剧降低，即仅能对镍钛合金构件进行小变形，若施加外力对其进行大幅度变形，会对构件的物理结构产生损坏。因此，需要开发一种能够适用于全部镍钛合金构件(包括简单构件和复杂构件)，不同相变温度区域之间的相变温度差大，同时又能保持镍钛合金构件具有良好力学性能的镍钛形状记忆合金构件及其制备方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于，提供一种镍钛形状记忆合金构件及其制备方法，该镍钛形状记忆合金构件及其制备方法采用低氧条件下激光选区熔化法，能够较大范围调整激光熔化工艺参数，从而能够实现在同一个镍钛合金构件设置多个相变温度差较大的相变区域，并且保持了镍钛合金构件的良好力学性能，能够得到具有多动作变形行为或可编程变形行为功能的镍钛合金构件。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种镍钛形状记忆合金构件的制备方法，采用激光选区熔化工艺制备镍钛形状记忆合金构件，所述激光选区熔化工艺的成形仓中气体的氧含量在激光开启前为15ppm以下。所述ppm是表示气体浓度的单位，为百万分之一，一般指的是体积分数。优选地，所述激光选区熔化工艺使用镍钛合金粉末为原料，所述镍钛合金粉末的粒径为15～53微米，所述镍钛合金粉末中镍的原子分数含量为50.5％～51.0％，余量为钛。优选地，所述镍钛合金粉末经干燥后用于制备所述镍钛形状记忆合金构件。优选地，通过调整所述激光选区熔化工艺的激光功率、激光扫描速度、扫描间距中的至少一个参数，实现在所述镍钛形状记忆合金构件上产生多个相变温度区。优选地，所述激光选区熔化工艺可以调整铺粉厚度，所述铺粉厚度为20～80微米。进一步优选地，所述铺粉厚度为30微米。第二方面，本专利技术提供一种镍钛形状记忆合金构件，所述镍钛形状记忆合金构件采用激光选区熔化工艺制备得到，制备过程中所述激光选区熔化工艺，在激光开启前成形仓中气体的氧含量保持在15ppm以下；所述镍钛形状记忆合金构件具有多个相变温度不同的区域。优选地，所述镍钛形状记忆合金构件具有至少2个相变温度不同的区域，所述不同相变温度区域对应的相变温度差不小于5℃。优选地，所述镍钛形状记忆合金构件的延伸率大于10％。进一步优选地，所述镍钛形状记忆合金构件的延伸率大于12％。优选地，所述镍钛形状记忆合金构件为具有多动作变形行为功能的合金构件。优选地，所述镍钛形状记忆合金构件为具有可编程变形行为功能的合金构件。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：①采用激光选区熔化的方法，一方面作为一种加工方法解决镍钛合金的加工难题，制备具有复杂结构的镍钛合金构件；②还可以作为一种物理化学冶金方法，实现对镍钛合金相变温度的大范围调控，制备不同部位具有不同相变温度的镍钛合金构件；③在激光选区熔化过程中，严格控制成形仓中的氧含量(激光开启前小于15ppm)及粉末Ni含量，实现了大范围改变激光选区熔化工艺参数(特别是激光扫描速度)的同时，保持镍钛合金仍具有良好的力学性能及功能特性；④通过在严格控制成形仓中的氧含量的条件下制备镍钛合金构件，得到的相变峰值宽度较窄，不同参数下制备的镍钛合金构件的不同区域的相变温度，且能够获得相变温度差较大的合金构件。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为采用本专利技术的镍钛形状记忆合金构件制备方法制备的一个镍钛形状记忆合金构件在不同温度下形状回复过程示意图；图2为本专利技术图1所示的镍钛形状记忆合金构件的相变行为和拉伸力学性能曲线；图3为采用本专利技术的镍钛形状记忆合金构件制备方法制备的另一个镍钛形状记忆合金构件在不同温度下形状回复过程示意图；其中：1、第一臂；2、第二臂；3、第三臂；4、第四臂；5、第一部分；6、第二部分；7、第三部分；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍钛形状记忆合金构件的制备方法，其特征在于，采用激光选区熔化工艺制备镍钛形状记忆合金构件，所述激光选区熔化工艺的成形仓中气体的氧含量在激光开启前为15ppm以下。/n

【技术特征摘要】
1.一种镍钛形状记忆合金构件的制备方法，其特征在于，采用激光选区熔化工艺制备镍钛形状记忆合金构件，所述激光选区熔化工艺的成形仓中气体的氧含量在激光开启前为15ppm以下。


2.根据权利要求1所述的镍钛形状记忆合金构件的制备方法，其特征在于，所述激光选区熔化工艺使用镍钛合金粉末为原料，所述镍钛合金粉末的粒径为15～53微米，所述镍钛合金粉末中镍的原子分数含量为50.5％～51.0％，余量为钛。


3.根据权利要求2所述的镍钛形状记忆合金构件的制备方法，其特征在于，所述镍钛合金粉末经干燥后用于制备所述镍钛形状记忆合金构件。


4.根据权利要求1所述的镍钛形状记忆合金构件的制备方法，其特征在于，通过调整所述激光选区熔化工艺的激光功率、激光扫描速度、扫描间距中的至少一个参数，实现在所述镍钛形状记忆合金构件上产生多个相变温度区。


5.根据权利要求1所述的镍钛形状记忆合金构件的制备方法，其特征在于，所述激光选区熔化工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：王协彬，刘江伟，张志辉，于征磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37