專利名稱：一種碳化鈦增強(qiáng)鎳鈦記憶合金復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體是指一種碳化鈦/鎳鈦形狀記憶合金復(fù)合材料及其制備方法。 (—)背景技術(shù)復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。復(fù)合材料 的組分材料雖然保持其相對獨(dú)立性，但復(fù)合材料的性能卻不是組分材料性能的簡單加和，而是有著重要 的改進(jìn)。在復(fù)合材料中通常有一相為連續(xù)相，成為基體。另一相位分散相，稱為增強(qiáng)材料。分散相是以 獨(dú)立的形態(tài)分布在整個(gè)連續(xù)相中，兩相之間存在著相界面。近等原子比的Nm合金，在高溫B2立方相和低溫B19'相之間表示出熱彈性馬氏體相變，這種相 變使得這種合金具有超彈性和形狀記憶效應(yīng)。與其它形狀記憶合金相比，NiTi合金具有形狀記憶效應(yīng) 優(yōu)異，疲勞性能好，耐腐蝕以及良好的生物相容性，在醫(yī)學(xué)、儀器儀表、航空航天以及日常生活等領(lǐng)域 獲得了廣泛的應(yīng)用。NiTi合金相變溫度容易調(diào)節(jié)到人體范圍內(nèi)，因而在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用尤其活躍。然而，近等原子比NiTi合金的屈服強(qiáng)度不夠大，回復(fù)應(yīng)力較小，在有些場合應(yīng)用不夠理想；此外， 對NiTi形狀記憶合金的耐磨性，許多應(yīng)用場合也提出了較高的要求。這都需要進(jìn)一歩強(qiáng)化NiTi形狀記 憶合金，提高其屈服強(qiáng)度和硬度。本文應(yīng)用制造金屬基復(fù)合材料的原理，釆用TiC顆料增強(qiáng)N汀i形狀記 憶合金，形成TiC/Nm復(fù)合材料，可徹底提高形狀記憶合金的力學(xué)性能?，F(xiàn)有制備TiC/NiTi復(fù)合材料的工藝一般為TiC和NiTi粉末混合燒結(jié)，或者TiC、 Ni和Ti粉的混合 燒結(jié)。這兩種方法的主要缺點(diǎn)在亍TiC粉末表面污染造成的TiC與NiTi的結(jié)合強(qiáng)度問題，而且由于在高 溫卜TiC與NiTi之間的原子擴(kuò)散，容易造成NiTi失去可逆馬氏體相變效應(yīng)，而降低復(fù)合材料的性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種TiC/NiTi復(fù)合材料及其制備方法， 該方法通過對TiC中Ti、 C之間原子比的優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小甚至抑制TiC和NiTi在高溫下存在的擴(kuò)散或反 應(yīng)所造成的負(fù)面影響，并且在制備過程中，原位形成TiC和NiTi來克服其缺點(diǎn)，從而改進(jìn)復(fù)合效果，進(jìn) 一步提高復(fù)合材料的性能。同時(shí)由于該方法所需工藝簡單，從而大大降低TiC/NiTi復(fù)合材料的成本，有 利于推廣應(yīng)用。本發(fā)明所述的一種TiC/NiTi復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件(1) 以鈦粉、鎳粉和碳粉為原料，鈦粉、鎳粉和碳粉的摩爾比范圍為2: ]: 1~2.5: 1: 1;(2) 將配比好的原料鈦粉、鎳粉和碳粉球磨混合均勻；(3) 加入占鈦粉、鎳粉和碳粉總重量的40~90%的混合鹽，球磨均勻，制成坯體；(4) 將上述坯體進(jìn)行熔鹽處理，得到碳化鈦/鎳鈦復(fù)合粉體；(5) 將上述碳化鈦/鎳鈦復(fù)合粉體預(yù)壓成型然后在真空卜-進(jìn)行熱壓燒結(jié)。 本發(fā)明所述的一種TiC/NiTi復(fù)合材料的制備方法，其進(jìn)一步特征在于，坯體制備方法是粉料屮加入重量比為40 90%的混合鹽后，裝入球磨機(jī)球磨罐中，球料比為20: 1，將球磨罐抽真空至1~10—￥a 并充入氬氣，氬氣壓力控制在0.9~1.2xl05Pa的范圍，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速控制在200轉(zhuǎn)/分，球磨1小時(shí)，在 2 6MPa壓力下壓制成坯體；熔鹽處理過程為將坯體放入600 130(TC熔鹽中，保溫10-120分鐘，粉 料在熔鹽中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，冷卻后經(jīng)過脫鹽過程，得到碳化鈦/鎳鈦復(fù)合粉體；脫鹽處理過程是將反應(yīng) 冷卻后載有TiC/MTi復(fù)合粉體的混合鹽放入5倍鹽重量的水中浸泡10-15小時(shí)，混合鹽100%溶解-丁-水 中后，過濾出TiC/NiTi復(fù)合粉體；熱壓r:藝過程是將TiC/N汀i復(fù)合粉體放入模具，置于真空熱壓燒結(jié) 爐中，抽真空至10—2~l(T3Pa,開始升溫，升溫至800~1600°C，加壓至20~100MPa，保溫60 240分鐘， 冷卻后脫模得到TiC/NiTi復(fù)合材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是 (1)工藝簡爭-，成本低。3(2) TiC和NiTi均為原位形成，二者之間的界面潔凈，結(jié)合強(qiáng)度好。(3) 產(chǎn)物中的NiTi相具有明顯的可逆馬氏體相變特征。 具體實(shí)施方式
F面結(jié)合具體實(shí)例，進(jìn)一步說明本發(fā)明的細(xì)節(jié)。 實(shí)施例1:按原子配比2: 1: l取200目的禾HTi、 Ni和C粉各4.6022， 2.8206和0.5772克，共配料8克，加 入5.3333克等摩爾比的NaCl和KC1混合鹽，混合后放入球磨機(jī)不銹鋼鋼罐中，將鋼罐用橡膠圈密封后， 抽真空至lPa充入氬氣，壓力為0.9xl05Pa，球料比為20: 1,控制球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分，球磨1小時(shí) 后，在模具中用3MPa的軸向壓力下壓制成中30mm的坯體，將坯體放入75(TC等摩爾比的NaCl和KC1 混合瑢融鹽中保溫30分鐘，將反應(yīng)冷卻后載有TiC/NiTi粉體的混合鹽放入5倍鹽重量的水中浸泡15小 時(shí)，混合鹽100%溶解于水中后，過濾出TiC/NiTi粉體，將TiC/NiTi粉體用去離子水反復(fù)沖洗后烘干， 將烘干后的TiC/NiTi復(fù)合粉體加入模具中，放入真空熱壓燒結(jié)爐中，抽真空至10—2Pa，加熱升溫至1200 'C，保溫60分鐘，冷卻后脫模得到TiC/NiTi復(fù)合材料，經(jīng)X射線衍射儀測定該復(fù)合材料由TiC和NiTi 兩相組成，經(jīng)示差掃描量熱儀測定該復(fù)合材料中的NiTi相具有明顯的可逆馬氏體相變特征。實(shí)施例2:按原子配比2.5: 1: 1取200目的和Ti、 Ni和C粉各5.0294， 2.4660和0.5046克，共配料8克， 加入5.3333克等摩爾比的NaCl和KC1混合鹽，混合后放入球磨機(jī)不銹鋼鋼罐中，將鋼罐用橡膠圈密封 后，抽真空至lPa充入氬氣，壓力為l.lxlo5Pa，球料比為20: 1，控制球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分，球磨
小時(shí)后，在模具中用3MPa的軸向壓力下壓制成中30mm的坯體，將坯體放入850'C等摩爾比的NaCl 和KC1混合熔融鹽中保溫60分鐘，將反應(yīng)冷卻后載有TiC/NiTi粉體的混合鹽放入5倍鹽重量的水中浸 泡15小時(shí)，混合鹽100%溶解于水中后，過濾出TiC/NiTi粉體，將TiC/NiTi粉體用去離子水反復(fù)沖洗 后烘干，將烘干后的TiC/NiTi復(fù)合粉體加入模具中，放入真空熱壓燒結(jié)爐中，抽真空至10^Pa,加熱升 溫至1300'C，保溫120分鐘，冷卻后脫模得到TiC/NiTi復(fù)合材料，經(jīng)X射線衍射儀測定該復(fù)合材料由 TiC和NiTi兩相組成，經(jīng)示差掃描量熱儀測定該復(fù)合材料中的NiTi相具有明顯的可逆馬氏體相變特征。
權(quán)利要求
1. 一種碳化鈦增強(qiáng)鎳鈦形狀記憶合金復(fù)合材料，其特征在于這種材料是以鎳鈦形狀記憶合金為基體，加入一定量的碳化鈦形成的復(fù)合材料。
2. 按照權(quán)利要求l的所述的碳化鈦增強(qiáng)鎳鈦形狀記憶合金材料，其特征在于所述的碳化鈦重量百分比為 10~50%，鎳鈦形狀記憶合金重量百分比為50~卯％。
3. —種制備碳化鈦增強(qiáng)鎳鈦形狀記憶合金復(fù)合材料的方法，其特征在于，制備的步驟為(1) 以鈦粉、鎳粉和碳粉為原料，鈦粉、鎳粉和碳粉的摩爾比范圍為2: 1: 1~2.5: 1: 1;(2) 將配比好的原料鈦粉、鎳粉和碳粉球磨混合均勾；(3) 加入占鈦粉、鎳粉和碳粉總重量的40~90%的混合鹽，球磨均勻，制成坯體；(4) 將上述坯體進(jìn)行熔鹽處理后再經(jīng)脫鹽處理，得到碳化鈦/鎳鈦復(fù)合粉體； (5 ) 將上述碳化鈦/鎳鈦復(fù)合粉體預(yù)壓成型然后在真空-卜進(jìn)行熱壓燒結(jié)。
4. 按權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于-,坯體的制備方法為粉料中加入重量比為40~90%的混 合鹽后，裝入球磨機(jī)球磨罐中，球料比為20: 1，將球磨罐抽真空至1 10—ipa并充入氬氣，氬氣壓力 控制在0.9~1.2xl05Pa的范圍，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速控制在200轉(zhuǎn)/分，球磨1小時(shí)，在2 6MPa壓力下壓制成坯體。
5. 按權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，熔鹽處理過程為將坯體放入600 130(TC熔鹽中，保溫 10~120分鐘，粉料在熔鹽中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，冷卻后經(jīng)過脫鹽過程，得到碳化鈦/鎳鈦復(fù)合粉體；
6. 按權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，脫鹽處理過程是將反應(yīng)冷卻后載有碳化鈦/鎳鈦復(fù)合粉 體的混合鹽放入5倍鹽重量的水中浸泡10-15小時(shí)，混合鹽100%溶解于水中后，過濾出碳化鈦/鎳鈦 復(fù)合粉體；
7. 按權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，熱壓工藝過程是將碳化鈦/鎳鈦復(fù)合粉體放入石墨模具 中，抽真空至10—2~10—3Pa，開始升溫，升溫至800 160(TC，加壓至20 100MPa，保溫60-240分鐘，冷卻后脫模得到碳化鈦/鎳鈦復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳化鈦/鎳鈦形狀記憶合金復(fù)合材料制備方法，其主要工藝過程是按化學(xué)計(jì)量取Ti、Ni和C粉料混合均勻，加入占粉料總重量40～90％的鹽，裝入球磨機(jī)鋼罐中，將球磨罐抽真空并充入氬氣，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分，球料比為20∶1，球磨1小時(shí)，將粉料壓制成坯體放入600～1300℃的熔鹽中，保溫10～120分鐘，冷卻后經(jīng)過脫鹽工藝，得到TiC/NiTi復(fù)合粉體，將TiC/NiTi復(fù)合粉體放入模具置于真空熱壓燒結(jié)爐中，抽真空至10^-2～10^-3Pa，開始升溫，升溫至800～1600℃，加壓至20～100MPa，保溫60～240分鐘，冷卻后脫模得到TiC/NiTi復(fù)合材料。本發(fā)明的主要特點(diǎn)是(1)工藝簡單，成本低，(2)TiC和NiTi均為原位形成，二者之間的界面潔凈，結(jié)合強(qiáng)度好，(3)產(chǎn)物中的NiTi相具有明顯的可逆馬氏體相變特征。
文檔編號(hào)B22F9/02GK101280399SQ200710096240
公開日2008年10月8日 申請日期2007年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月3日
發(fā)明者崔立山, 楊瑞嵩, 鄭雁軍 申請人:中國石油大學(xué)(北京)