專利名稱：一種Ti_50+xNi_50-2xSn_x形狀記憶合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及記憶合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
作為ー種集感知、驅(qū)動于一體的智能材料，TiNi形狀記憶合金具有豐富的馬氏體相變現(xiàn)象、優(yōu)良的形狀記憶效應(yīng)與超弾性。TiNi形狀記憶合金的ー種重要特性是其雙程形狀記憶效應(yīng)。所謂雙程形狀記憶效應(yīng)是指經(jīng)過特定的訓(xùn)練后，TiM形狀記憶合金不僅能夠 “記憶”母相的形狀，而且能夠記住馬氏體相的形狀。雙程形狀記憶效應(yīng)與其他形狀記憶效應(yīng)之間的本質(zhì)區(qū)別在于其宏觀的形狀形變是自然產(chǎn)生的，即不需要外力的作用。具有雙程形狀記憶效應(yīng)的TiNi形狀記憶合金通過簡單的加熱-冷卻-加熱的循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)對外做功，達(dá)到驅(qū)動的目的。因此，呈現(xiàn)雙程形狀記憶效應(yīng)的TiNi形狀記憶合金在實(shí)際工程應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)用前景，是ー種很有前途的驅(qū)動器材料。公開發(fā)表的文章中總結(jié)了雙程形狀記憶效應(yīng)的訓(xùn)練エ藝，其中馬氏體狀態(tài)的過量變形被認(rèn)為是一種簡單、高效的方法。1999 年Liu 等人在 Acta Materialia 中發(fā)表的又早“Two-way shape memory effect developed by martensite deformation in NiTi ”研究了馬氏體狀態(tài)過量變形對TiNi合金雙程形狀記憶效應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過變形量為13. 3%的拉伸變形后，TiNi合金表現(xiàn)出高達(dá)4. 的雙程形狀記憶應(yīng)變。然而，他們僅僅考慮了 TiNi合金在拉伸狀態(tài)下的雙程形狀記憶效應(yīng)， 并未涉及在其他變形方式下TiNi合金的雙程形狀記憶效應(yīng)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，彎曲變形是ー種獲得普遍應(yīng)用的變形方式，通過TiNi合金馬氏體狀態(tài)的彎曲變形也可以誘發(fā)雙程形狀記憶效應(yīng)。2004年鄭玉峰等人在稀有金屬材料與工程上發(fā)表題為“Microstructure and pnase transformation of TiNi alloy with addition of third element Sn” 的又章中利用Sn元素等量取代TiNi合金中的Ti元素與Ni元素，制備了化學(xué)式為Ti47.5Ni47.5Sn5 與Ti45Ni45Snltl合金，發(fā)現(xiàn)合金的馬氏體相變溫度隨Sn含量增加而降低。2008年Lu等人在 Journal of Non-crystalline Solids 發(fā)表題為"glass formation of Ti-Ni-Sn ternary alloys correlated with TiNi-Ti3Sn pseudo binary eutectics，，的又早中利用甩帶法制備了 Ti5Q+xNi5Q_2XSnx(X = 6,7,8,9)合金薄帯，研究了其玻璃形成能力，其制備 エ藝復(fù)雜，無法獲得具有較大尺寸的合金。2011年Choi等人在kripta Materialia發(fā)表 IS^J"crystallization behavior and microstructure of Ti-36Ni-7Sn(at. % )alloy riWxms”的文章，研究了 Ti-36Ni-7Sn(at. % )薄帶的晶化行為和微觀組織以及馬氏體相變行為。與Lu等人的工作類似，Choi等人的制備エ藝復(fù)雜，同樣無法獲得較大尺寸的合金。2011 年 Kim‘人在 Scripta Materialia 發(fā)表題為“microstructure and martensitic transformation behavior of Ti-Ni-Sn alloys” 的又早，石/成分為 T:L0+vNi50—2XSnv(X =5,8,10,12. 5)合金的馬氏體相變與單程形狀記憶效應(yīng)。Kim等人研究的合金非常脆，延伸率小于7. 6%，實(shí)際工程應(yīng)用價值不高
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有的TiNi合金在馬氏體狀態(tài)彎曲變形條件下，雙程形狀記憶應(yīng)變量較低，以及現(xiàn)有TiNiSn合金制備エ藝復(fù)雜、合金質(zhì)脆、工程應(yīng)用價值不高的問題，而提供ー種Ti5(1+xNi5(1_2xSnx形狀記憶合金及其制備方法。本發(fā)明ー種Ti5Q+xNi5Q_2xSnx形狀記憶合金的化學(xué)式為Ti5Q+xNi5Q_2xSnx，其中X = 3 4。上述ー種Ti5Q+xNi5Q_2xSnx形狀記憶合金的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、按物質(zhì)的量的比為(50+x) (50-2x) χ的比例稱取Ti、Ni和Sn，其中X = 3 4 ；ニ、將步驟一中稱取的Ti、Ni和Sn放入非自耗真空電弧爐內(nèi)，抽真空使背底真空度達(dá)到2X10_2 5X10_3Pa，然后充入高純氬氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)為500Pa，利用高溫電弧將Ti、 Ni和Sn原料熔煉成鈕扣狀鑄錠；三、將步驟ニ中得到的鈕扣狀鑄錠放入真空爐中，抽真空使真空度達(dá)到4X10_2Pa， 在900 1100°C下保溫12 24h ；四、將經(jīng)步驟三處理的鈕扣狀鑄錠在800 900°C下，進(jìn)行熱軋，得到厚度為1 3mm的板材，將板材放入真空爐中，抽真空使真空度達(dá)到4X10_2Pa，800 1000°C下保溫 12 Mh，得到Ti5Q+xNi5Q_2xSnx形狀記憶合金。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所制備的形狀記憶合金由TiNiSn三種合金元素組成，通過調(diào)整變形量和熱處理工藝可以改變合金的雙程形狀記憶效應(yīng)，原料價格相對低廉， 制備方法簡單，熱加工性能優(yōu)異；本發(fā)明所制備的Ti5。+xNi5。_2xSnx形狀記憶合金，其馬氏體相變開始溫度在72°C左右；其斷裂強(qiáng)度為594MPa，延伸率為13% ；雙程形狀記憶應(yīng)變量可達(dá)1. 4%，同樣條件下，近等原子比TiNi合金的雙程形狀記憶應(yīng)變量僅為1%，本發(fā)明所制備的Ti5(1+xNi5(1_2xSnx形狀記憶合金，是ー種具有應(yīng)用前景的新型形狀記憶合金。本發(fā)明用于制備TiNiSn基形狀記憶合金。


圖1是實(shí)施例一制備的Ti54Ni42Sn4合金的XRD圖譜，其中S代表Ti3Sn的特征峰，M 代表TiNiSn的特征峰；圖2是實(shí)施例一制備的Ti54Ni42Sn4合金的DSC曲線圖；圖3是實(shí)施例一制備的Ti54Ni42Sn4合金的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖；圖4是實(shí)施例一制備的Ti54Ni42Sn4合金和近等原子比TiNi合金在不同馬氏體變形量下的雙程形狀記憶應(yīng)變量圖，其中“^^，， 代表Ti54Ni42Sn4合金，“代表TiNi合金。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
之間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式ー種Ti5(l+xNi5(l_2xSnx形狀記憶合金的化學(xué)式為 Ti5(l+xNi5(l_2xSnx，其中 X = 3 4。本實(shí)施方式的Ti54Ni42Sn4形狀記憶合金，具有良好的熱加工性能，其馬氏體相變開始溫度在72°C左右；其斷裂強(qiáng)度為594MPa，延伸率為13% ；雙程形狀記憶應(yīng)變量可達(dá) 1.4%，完全能夠滿足實(shí)際工程應(yīng)用的需要。
具體實(shí)施方式
ニ 本實(shí)施方式ー種Ti5(1+xNi5(1_2xSnx形狀記憶合金的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、按物質(zhì)的量的比為(50+x) (50-2x) χ的比例稱取Ti、Ni和Sn，其中X = 3 4 ；ニ、將步驟一中稱取的Ti、Ni和Sn放入非自耗真空電弧爐內(nèi)，抽真空使背底真空度達(dá)到2X10_2 5X10_3Pa，然后充入高純氬氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)為500Pa，利用高溫電弧將Ti、 Ni和Sn原料熔煉成鈕扣狀鑄錠；三、將步驟ニ中得到的鈕扣狀鑄錠放入真空爐中，抽真空使真空度達(dá)到4X10_2Pa， 在900 1100°C下保溫12 24h ；四、將經(jīng)步驟三處理的鈕扣狀鑄錠在800 900°C下，進(jìn)行熱軋，得到厚度為1 3mm的板材，將板材放入真空爐中，抽真空使真空度達(dá)到4X10_2Pa，800 1000°C下保溫 12 Mh，得到Ti5Q+xNi5Q_2xSnx形狀記憶合金。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
ニ不同的是，步驟一中Ti、Ni和Sn 的純度均不低于99.9%。本發(fā)明所制備的形狀記憶合金由TiNiSn三種合金元素組成，通過調(diào)整變形量和熱處理工藝可以改變合金的雙程形狀記憶效應(yīng)，原料價格相對低廉，制備方法簡單，熱加工性能優(yōu)異；本發(fā)明所制備的Ti5(l+xNi5(l_2xSnx形狀記憶合金，其馬氏體相變開始溫度在72°C左右；其斷裂強(qiáng)度為594MPa，延伸率為13% ；雙程形狀記憶應(yīng)變量可達(dá)1. 4%，同樣條件下，近等原子比TiNi合金的雙程形狀記憶應(yīng)變量僅為1 %，本發(fā)明所制備的Ti5Q+xNi5Q_2xSnx形狀記憶合金，是ー種具有應(yīng)用前景的新型形狀記憶合金。實(shí)施例一本實(shí)施例ー種Ti54Ni42Sn4形狀記憶合金的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、按物質(zhì)的量的比為M 42 4的比例稱取純度均為99. 9%的Ti、Ni和Sn;ニ、將步驟一中稱取的Ti、Ni和Sn放入非自耗真空電弧爐內(nèi)，抽真空使背底真空度達(dá)到2 X10_2Pa，然后充入純度為99. 9%的高純氬氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)為500Pa，利用高溫電弧將Ti、Ni和Sn原料熔煉成厚度為16mm的鈕扣狀鑄錠；三、將步驟ニ中得到的鈕扣狀鑄錠放入真空爐中，抽真空使真空度達(dá)到4X10_2P， 在9oo°c下保溫1 進(jìn)行均勻化處理；四、將經(jīng)步驟三均勻化處理后的鈕扣狀鑄錠在900°C下，進(jìn)行熱軋，得到厚度為 1. 5mm的板材，將板材放入真空爐中，抽真空使真空度達(dá)到4X 10_2Pa，在900°C下保溫12h進(jìn)行固溶處理，得到Ti54Ni42Sn4形狀記憶合金。采用電火花切割方法，從實(shí)施例一制備的Ti54Ni42Sn4形狀記憶合金中切取長度為 20mm、寬度為20mm、厚度為1. 5mm的長方體，用砂紙磨去表面的切割痕跡，作為X射線衍射測試樣品，圖1為樣品的XRD譜圖，表明合金在室溫下為TiNi馬氏體相與Ti3Sn相的混合物；采用電火花切割方法，從實(shí)施例一制備的Ti54Ni42Sn4形狀記憶合金中切取長度為 3mm、寬度為1. 5mm、厚度為1. 5mm的長方體，用砂紙磨去表面的切割痕跡，在Perkin-Elmer Diamond DSC上測試其相變行為，圖2為樣品的DSC曲線，其馬氏體相變開始溫度(Ms)為 72°C，逆相變開始溫度(As)為56°C。采用電火花切割方法，從實(shí)施例一制備的Ti54Ni42Sn4形狀記憶合金中切取長度為20mm、寬度為1. 5mm、厚度為1. 5mm的長方體，用砂紙磨去表面的切割痕跡，在hstron 3365 型電子材料萬能試驗(yàn)機(jī)上測試其力學(xué)行為，圖3為樣品的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，樣品的斷裂強(qiáng)度為594MPa，延伸率為13%。 采用電火花切割方法，從實(shí)施例一制備的Ti54Ni42Sn4形狀記憶合金中切取長度為20mm、寬度為1.5mm、厚度為1. 5mm的長方體，用砂紙磨去表面的切割痕跡，采用叉 IK 1(Materials Letters, Two-way shape memory eu'ect induced by martensite deformation and stabilization of martensite in Ti36Ni49Hf15 high temperature shape memory alloy. 57(2003)4206-4211)中的測試方法，測試樣品的雙程形狀記憶效應(yīng)， 圖4為樣品和近等原子比TiNi合金在不同變形量下的雙程記憶應(yīng)變量圖，當(dāng)變形量為11% 吋，其雙程形狀記憶應(yīng)變量為1.4%。同樣條件下，近等原子比TiNi合金的雙程形狀記憶應(yīng)變量僅為1%。
權(quán)利要求
1.ー種Ti5Q+xNi5Q_2xSnx形狀記憶合金，其特征在于Ti5Q+xNi5Q_2xSnx形狀記憶合金的化學(xué)式為 Ti5Q+xNi5Q_2xSnx，其中 X = 3 4。
2.如權(quán)利要求1所述的ー種Ti5(l+xNi5(l_2xSnx形狀記憶合金的制備方法，其特征在于 Ti50+xNi50_2xSnx形狀記憶合金的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、按物質(zhì)的量的比為(50+x) (50-2x) 乂的比例稱取11、附和311，其中1 = 3 4；ニ、將步驟一中稱取的Ti、Ni和Sn放入非自耗真空電弧爐內(nèi)，抽真空使背底真空度達(dá)到2X10—2 5X10_3Pa，然后充入高純氬氣至爐內(nèi)壓強(qiáng)為500Pa，利用高溫電弧將Ti、Ni和 Sn原料熔煉成鈕扣狀鑄錠；三、將步驟ニ中得到的鈕扣狀鑄錠放入真空爐中，抽真空使真空度達(dá)到4X10_2Pa，在 900 1100°C下保溫12 24h ；四、將經(jīng)步驟三處理的鈕扣狀鑄錠在800 900°C下，進(jìn)行熱軋，得到厚度為1 3mm的板材，將板材放入真空爐中，抽真空使真空度達(dá)到4X 10_2Pa，在800 1000°C下保溫12 Mh，得到Ti5Q+xNi5Q_2xSnx形狀記憶合金。
全文摘要
一種Ti50+xNi50-2xSnx形狀記憶合金及其制備方法，它涉及記憶合金及其制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有TiNi合金在馬氏體狀態(tài)彎曲變形條件下，雙程形狀記憶應(yīng)變量較低，及現(xiàn)有TiNiSn合金制備工藝復(fù)雜、合金質(zhì)脆的問題。本發(fā)明的形狀記憶合金的化學(xué)式為Ti50+xNi50-2xSnx，其制備方法是一、稱取Ti、Ni和Sn；二、在非自耗真空電弧爐內(nèi)，將原料熔煉成鑄錠；三、將鑄錠放入真空爐中進(jìn)行均勻化處理；四、將鑄錠熱軋成板材，在真空爐中進(jìn)行固溶處理，得產(chǎn)物。本發(fā)明工藝簡單，所得產(chǎn)物馬氏體相變開始溫度在72℃左右；彎曲情況下，雙程形狀記憶應(yīng)變量可達(dá)1.4％。本發(fā)明用于制備形狀記憶合金。
文檔編號C22F1/02GK102534346SQ201210051220
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者佟運(yùn)祥, 李莉, 田兵, 鄭玉峰, 郭寶, 陳楓 申請人:哈爾濱工程大學(xué)