專利名稱：Ni－Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有功能梯度的形狀記憶合金的制備方法。
背景技術(shù)：
Ni-Ti合金具有獨特的形狀記憶效應(yīng)(超彈性和形狀記憶性能)，Ni-Ti合金在超彈性狀態(tài)下，可產(chǎn)生比金屬常規(guī)彈性高出10～20倍的彈性可逆應(yīng)變，且切此彈性在恒定應(yīng)力下實現(xiàn)；Ni-Ti合金在形狀記憶狀態(tài)下，可由加熱而恢復(fù)預(yù)存塑性形變，自可恢復(fù)形變量可達(dá)8％以上。除此以外Ni-Ti合金還具有優(yōu)良的生物相容性、射線不透性、核磁共振無影響性、反復(fù)使用穩(wěn)定性好、機械性能優(yōu)異和抗腐蝕性強等優(yōu)點。但目前生產(chǎn)使用的Ni-Ti合金均為勻質(zhì)材料，而非功能梯度材料。
目前功能梯度材料的制備工藝有離心鑄造法、粉末冶金法、陶瓷燒結(jié)法、等離子噴射法、氣相沉積法、自蔓延高溫合成法、無壓浸滲法、電沉積法、激光熔敷法和沉降法。這些傳統(tǒng)的制備工藝都是在空間逐層疊加以構(gòu)成不同成分的梯度，制備的功能梯度材料呈組分非連續(xù)性的階梯式變化，故可稱為構(gòu)造法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前生產(chǎn)使用的Ni-Ti合金均為勻質(zhì)材料，制備的功能梯度材料呈組分非連續(xù)性的階梯式變化的問題，而提供的一種Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金的制備方法。Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金按以下步驟制備Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金按以下步驟制備(一)將近等原子比Ni-Ti合金冷加工態(tài)板材和富鎳Ni-Ti合金先進(jìn)行預(yù)處理制成厚度為0.01mm～1cm的Ni-Ti合金板；(二)切割Ni-Ti合金板，再進(jìn)行表面處理；(三)切割成形的Ni-Ti合金在溫度梯度場中進(jìn)行差溫梯度熱處理差溫梯度熱處理Ni-Ti合金高溫面溫度為600±5℃，Ni-Ti合金低溫面溫度控制為250℃～300℃，差溫梯度熱處理時間為10～60min；(四)退火近等原子比Ni-Ti合金采用空氣自然冷卻至室溫，富鎳Ni-Ti合金采用水淬冷卻至室溫，即得到Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金。本發(fā)明制備的Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金具有均勻、連續(xù)變化的顯微組織和連續(xù)變化的機械與相變特性，從而產(chǎn)生與目前勻質(zhì)Ni-Ti形狀記憶合金不同的超彈性和形狀記憶性能。本發(fā)明制備的功能梯度合金制備過程工序簡單，制備過程耗時短，成本低，適于推廣；還可作為原料進(jìn)行后續(xù)加工，加工性能良好。


圖1是差溫梯度熱處理原理示意圖，圖2是熱爐差溫梯度熱處理示意圖，圖3是加熱板差溫梯度熱處理示意圖，圖4是激光差溫梯度熱處理示意圖，圖5是雙加熱板差溫梯度熱處理示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式

一本實施方式Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金按以下步驟制備(一)將近等原子比Ni-Ti合金冷加工態(tài)板材和富鎳Ni-Ti合金先進(jìn)行預(yù)處理制成厚度為0.01mm～1cm的Ni-Ti合金板；(二)切割Ni-Ti合金板，再進(jìn)行表面處理；(三)切割成形的Ni-Ti合金在溫度梯度場中進(jìn)行差溫梯度熱處理差溫梯度熱處理Ni-Ti合金高溫面溫度為600±5℃，Ni-Ti合金低溫面溫度控制為250℃～300℃，差溫梯度熱處理時間為10～60min；(四)退火近等原子比Ni-Ti合金采用空氣自然冷卻至室溫，富鎳Ni-Ti合金采用水淬冷卻至室溫，即得到Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金。
本實施方式差溫梯度熱處理原理如圖1所示，Ni-Ti合金高溫面1溫度為600±5℃，低溫面3溫度為250℃～300℃，高溫面1與低溫面3之間溫度差為300℃～550℃，呈連續(xù)梯度變化。本實施方式成功的利用熱量傳遞產(chǎn)生的連續(xù)變化的溫度梯度在Ni-Ti合金板材上得到功能連續(xù)梯度，制備得到Ni-Ti系功能連續(xù)梯度合金致密，內(nèi)部沒有傳統(tǒng)制備方法中由于不同材料結(jié)合而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，梯度沿厚度方向連續(xù)均勻變化，梯度可控性良好，操作簡單，宏觀成分均勻。
本實施方式制備的Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金可橫向或縱向切割，形成呈不同功能梯度方向的Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金，也可以將不同功能梯度方向的Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金組合使用。
具體實施方式

二本實施方式與實施方式一的不同點是步驟(一)中近等原子比Ni-Ti合金冷加工態(tài)板材按原子百分比含49％～50.4％的Ni。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施方式

三本實施方式與實施方式一的不同點是步驟步驟(一)中富鎳Ni-Ti合金按原子百分比含50.5％～55.0％的Ni。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施方式

四本實施方式與實施方式一的不同點是步驟(一)中近等原子比Ni-Ti合金冷加工態(tài)板材進(jìn)行冷加工變形預(yù)處理，Ni-Ti合金板變形量為-30％～-60％。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施方式

五本實施方式與實施方式一的不同點是步驟步驟(一)中富鎳Ni-Ti合金進(jìn)行固溶處理預(yù)處理，固溶處理溫度最低為800℃。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施方式

六本實施方式與實施方式一的不同點是步驟步驟(二)中將Ni-Ti合金板切割成圓形、方形、橢圓形、菱形或梯形。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施方式

七結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式與實施方式一的不同點是步驟(三)采用熱爐差溫梯度熱處理切割成形的Ni-Ti合金。其它步驟與實施方式一相同。
本實施方式鐵芯5在爐膛4中伸縮以控制Ni-Ti合金2高溫面(左側(cè)表面)溫度為600±5℃，低溫面(右側(cè)表面)溫度為250℃～300℃，差溫范圍為300℃～550℃(Ni-Ti合金2可以伸入熱爐7中或停留在熱爐7外)，Ni-Ti合金2用陶瓷管6固定。
具體實施方式

八結(jié)合圖3說明本實施方式，本實施方式與實施方式一的不同點是步驟(三)采用加熱板差溫梯度熱處理切割成形的Ni-Ti合金。其它步驟與實施方式一相同。
本實施方式Ni-Ti合金2用陶瓷管6固定在加熱板8上，Ni-Ti合金2高溫面(下表面)溫度為600±5℃，低溫面(上表面)溫度為250℃～300℃，差溫范圍為300℃～550℃。
具體實施方式

九結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式與實施方式一的不同點是步驟(三)采用激光差溫梯度熱處理切割成形的Ni-Ti合金。其它步驟與實施方式一相同。
本實施方式激光9按運動方向10反復(fù)運動加熱Ni-Ti合金2，Ni-Ti合金2高溫面(上表面)溫度為600±5℃，低溫面(上表面)溫度為250℃～300℃，差溫范圍為300℃～550℃。
具體實施方式

十結(jié)合圖5說明本實施方式，本實施方式與實施方式一的不同點是步驟(三)采用雙加熱板差溫梯度熱處理切割成形的Ni-Ti合金。其它步驟與實施方式一相同。
本實施方式Ni-Ti合金2上下表面均有加熱板，加熱板11與加熱板12之間的溫度差為300℃～550℃，Ni-Ti合金2高溫面溫度為600±5℃，低溫面溫度為250℃～300℃。本實施方式Ni-Ti合金2上下表面均有加熱板，加熱板11與加熱板12溫度相同，Ni-Ti合金2高溫面(上、下表面)溫度為600±5℃，低溫區(qū)(Ni-Ti合金中間層面)溫度為250℃～300℃。
具體實施方式

十一本實施方式與實施方式一的不同點是步驟(二)中Ni-Ti合金板表面采用噴砂、機械拋光、滑雪拋光或電化學(xué)拋光以除去合金板表面的氧化層。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施方式

十二本實施方式與實施方式七、八、九或十的不同點是步驟(三)差溫梯度熱處理后反轉(zhuǎn)Ni-Ti合金2的高溫面與低溫面，再次進(jìn)行差溫梯度熱處理。其它步驟與實施方式一相同。
本實施方式可得到厚度方向呈對稱的功能連續(xù)梯度形狀記憶合金。
權(quán)利要求
1.Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金的制備方法，其特征在于Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金按以下步驟制備(一)將近等原子比Ni-Ti合金冷加工態(tài)板材和富鎳Ni-Ti合金先進(jìn)行預(yù)處理制成厚度為0.01mm～1cm的Ni-Ti合金板；(二)切割Ni-Ti合金板，再進(jìn)行表面處理；(三)切割成形的Ni-Ti合金在溫度梯度場中進(jìn)行差溫梯度熱處理差溫梯度熱處理Ni-Ti合金高溫面溫度為600±5℃，Ni-Ti合金低溫面溫度控制為250℃～300℃，差溫梯度熱處理時間為10～60min；(四)退火近等原子比Ni-Ti合金采用空氣自然冷卻至室溫，富鎳Ni-Ti合金采用水淬冷卻至室溫，即得到Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金的制備方法，其特征在于步驟(一)中近等原子比Ni-Ti合金冷加工態(tài)板材按原子百分比含49％～50.4％的Ni。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金的制備方法，其特征在于步驟(一)中富鎳Ni-Ti合金按原子百分比含50.5％～55.0％的Ni。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金的制備方法，其特征在于步驟(一)中近等原子比Ni-Ti合金冷加工態(tài)板材進(jìn)行冷加工變形預(yù)處理，Ni-Ti合金板變形量為-30％～-60％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金的制備方法，其特征在于步驟(一)中富鎳Ni-Ti合金進(jìn)行固溶處理預(yù)處理，固溶處理溫度最低為800℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金的制備方法，其特征在于步驟(二)中將Ni-Ti合金板切割成圓形、方形、橢圓形、菱形或梯形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni-Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金的制備方法，其特征在于步驟(二)中Ni-Ti合金板表面采用噴砂、機械拋光、滑雪拋光或電化學(xué)拋光以除去合金板表面的氧化層。
全文摘要
Ni－Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金的制備方法，它涉及一種具有功能梯度的形狀記憶合金的制備方法。它解決了目前生產(chǎn)使用的Ni－Ti合金均為勻質(zhì)材料，制備的功能梯度材料呈組分非連續(xù)性的階梯式變化的問題。Ni－Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金按以下步驟制備(一)將Ni－Ti合金先進(jìn)行預(yù)處理制成Ni－Ti合金板；(二)切割Ni－Ti合金板，再進(jìn)行表面處理；(三)切割成形的Ni－Ti合金在溫度梯度場中進(jìn)行差溫梯度熱處理；(四)退火，即得到Ni－Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金。本發(fā)明制備的Ni－Ti系功能連續(xù)梯度形狀記憶合金具有均勻、連續(xù)變化的顯微組織和化學(xué)組分，導(dǎo)致其具備連續(xù)變化的超彈性和形狀記憶性能。
文檔編號B32B15/01GK1904102SQ2006100103
公開日2007年1月31日 申請日期2006年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月2日
發(fā)明者劉亦農(nóng), 鄭玉峰, 李莉, 趙繼忠 申請人:哈爾濱工程大學(xué)