一种Ti-Ni基记忆合金热挤压润滑方法与流程

本发明涉及一种Ti-Ni基记忆合金热挤压润滑方法，具体为一种Ti-Ni基记忆合金热挤压加工时的润滑方法，属于Ti-Ni基记忆合金加工领域。

背景技术：

形状记忆合金是以等原子比TiNi合金系为代表的智能金属，具有独特的形状记忆特性。形状记忆效应是合金在低温下变形后在加热到某临界温度以上时发生恢复至初始形状的一种特殊性能。利用形状记忆合金材料的该特性工程中制备出多种驱动、执行元件，目前在机械和自动化工业中已得到广泛应用。其中，形状记忆合金管接头是其典型代表，其原理是同样利用记忆回复特性在低温下将某尺寸的管接头扩径，使其内径尺寸变大，与被接管间隙配合，升温后管接头由于其形状记忆效应，管接头发生回复，内径开始向原始内径恢复，从而对被接管产生接触和抱紧，使管路紧固连接和密封。目前，记忆合金管接头在航天、军工领域得到广泛应用。

Ti-Ni基记忆合金的记忆性能等特性的优劣由材料本身组织状态所决定，而适当的加工方法是材料获得良好组织状态的保证。热挤压技术是金属材料常用的加工方式，它具有短流程，大变形量等特点，是传统金属有效的工业化生产手段。但是目前，采用传统结构钛合金的热挤压方法无法生产出质量合格的Ti-Ni基记忆合金挤压材(特别是管材)。所以目前应用广泛的Ti-Ni基记忆合金航空管接头多数是通过棒料车削加工获得，该工艺先锻造开坯、钻孔、轧制，然后再热/冷拔成所需成型管件，加工流程冗长；同时这种加工方式不仅严重的浪费了材料，特别是，在某些大直径管路连接件研制时，还不能获得良好的组织状态。因此解决Ti-Ni基记忆合金挤压工艺成为解决并扩展其工程应用的重要内容。

解决Ti-Ni基记忆合金挤压工艺最主要的是要解决挤压工艺中润滑的问题。Ti-Ni基记忆合金在热加工区间内变形抗力大，采用传统钛合金挤压润滑工艺(如，玻璃润滑，金属包套法(铜、铁等))不能有效解决挤压过程润滑问题，Ti-Ni基记忆合金在挤压过程会出现润滑条件不良导致的表面拉裂纹、啃模具、闷车等问题，参见图1-a至图1-c。因此，本发明提出在Ti-Ni基记忆合金坯料表面热喷涂一层金属镍作为热挤压的润滑层的方法，解决并实现了Ti-Ni基记忆合金热挤压过程润滑工艺问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够改善Ti-Ni基记忆合金热挤压润滑的方法，实现Ti-Ni基记忆合金的热挤压工艺。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种Ti-Ni基记忆合金热挤压润滑方法：在热挤压加工之前，采用热喷涂方式在Ti-Ni基记忆合金挤压坯料表面形成镍金属层，该镍金属层在挤压过程中充当金属润滑层，达到挤压润滑的作用。

上述Ti-Ni基记忆合金挤压坯料在进行热喷涂之前，预先进行如下处理：

(1)将Ti-Ni基记忆合金工件进行扒皮、平端口等机加工得到挤压坯料；

(2)将挤压坯料进行酸洗或表面喷砂等工艺获得表面干净无氧化皮的坯料。

所述的镍金属层的厚度可为0.1-2.0mm，优选为0.5-1.0mm。

将上述润滑方法得到的表面覆盖镍金属层的Ti-Ni基记忆合金挤压坯料进行挤压加工，然后去除表面附着的镍金属层，得到表面质量良好的Ti-Ni基记忆合金棒材、管材或T型材等。

本发明方法中，第一，采用热喷涂方式使得Ti-Ni基记忆合金挤压坯料覆盖一层镍喷涂层，该喷涂层在坯料加热过程中能够起到Ti-Ni基记忆合金挤压坯料抗氧化涂层的作用。第二，由于Ti-Ni基记忆合金材料本身含有镍元素，在加热和挤压过程中能够减少镍层对Ti-Ni合金坯料的扩散速度，减少润滑层金属元素对Ti-Ni基记忆合金的化学元素扩散污染。第三，采用喷涂方式附着的镍金属层与坯料基体具有一定结合力，在挤压过程能够提高润滑金属层的附着力，比传统金属包套的方法更能保证润滑金属层完整性。

本发明提供Ti-Ni基记忆合金热挤压润滑方法能够改善Ti-Ni基记忆合金热挤压过程的润滑情况，实现Ti-Ni基记忆合金材料棒、管等热挤压加工。

本发明所达到的有益效果是：该Ti-Ni基记忆合金热挤压润滑方法有效改善Ti-Ni基记忆合金热挤压时的润滑工况，实现了Ti-Ni基记忆合金材料棒、管等热挤压加工，填补了Ti-Ni基记忆合金管、棒等加工的热挤压加工技术的空白。

下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1-a至图1-c为采用传统润滑方式产生的挤压问题，其中，图1-a：挤压材表面拉裂纹，图1-b：模具啃咬严重，图1-c：闷车。

图2-a至图2-c为采用本发明润滑方法的产品的外观，其中，图2-a：Ti₄₄Ni₄₇Nb₉挤压棒材；图2-b：传统玻璃润滑(上)与本发明润滑的热挤压TiNi_50.8合金管表面质量对比；图2-c：Ti₅₀Ni₄₇Fe₃记忆合金挤压T型材。

具体实施方式

本发明Ti-Ni基记忆合金热挤压润滑方法，包括如下具体步骤：

(1)将Ti-Ni基记忆合金工件进行扒皮、平端口等机加工得到挤压坯料；

(2)将挤压坯料进行酸洗或表面喷砂等工艺获得表面干净无氧化皮的坯料；

(3)然后在挤压坯料的表面进行热喷涂，得到表面覆盖镍金属层的Ti-Ni基记忆合金挤压坯料。

挤压坯料经过表面喷涂镍层处理后再进行挤压工序。

实施例1

在850吨、挤压筒直径为95mm的挤压机上实现Ti₄₄Ni₄₇Nb₉记忆合金20mm棒材热挤压工艺。

具体步骤是：

第一步：机加工挤压坯料

在直径100mm的Ti₄₄Ni₄₇Nb₉记忆合金铸锭坯料上截取200mm长挤压坯料。机加工扒皮、平端面加工挤压坯料；由于挤压坯料要预留出后期喷涂镍层厚度，本次加工挤压坯料外径为90mm。

第二步：喷砂处理

采用喷砂处理方式去除机加工坯料表面油渍，并使坯料形成粗糙的表面。

第三步：热喷涂镍层

采用热喷涂的方式在Ti₄₄Ni₄₇Nb₉记忆合金挤压坯料的表面形成一层1mm厚的镍喷涂层。

第四步：挤压

选择合适模具，并在下述挤压参数范围内对Ti₄₄Ni₄₇Nb₉记忆合金挤压坯料进行挤压。具体挤压参数为：

挤压温度： 950℃

挤压速度： 70-85mm/s

挤压筒温度： 300-400℃

挤压顺利进行，获得20mmTi₄₄Ni₄₇Nb₉记忆合金挤压棒材，如图2-a所示。棒材表面仍然完整附着镍层；去除表面附着的镍层后，Ti₄₄Ni₄₇Nb₉记忆合金表面质量良好。

实施例2

在850吨、挤压筒直径为95mm的挤压机上实现TiNi_50.8记忆合金外径44mm，内径24mm管材的挤压。

第一步：机加工挤压坯料

在直径100mm的TiNi_50.8记忆合金铸锭坯料上截取200mm长挤压坯料。机加工扒皮、平端面加工挤压坯料；由于挤压坯料要预留出后期喷涂镍层厚度，本次加工挤压坯料外径为92mm，预制内孔为24mm。

第二步：喷砂处理

采用喷砂处理方式去除机加工坯料表面油渍，并使坯料形成粗糙的表面。

第三步：热喷涂镍层

采用热喷涂的方式在TiNi_50.8记忆合金挤压坯料的表面形成一层0.5mm厚的镍喷涂层。

第四步：挤压

选择合适模具及挤压芯棒，并在下述挤压参数范围内对TiNi_50.8记忆合金挤压坯料进行挤压。具体挤压参数为：

挤压温度： 920℃

挤压速度： 60-85mm/s

挤压筒温度： 室温-400℃

挤压顺利进行，获得外径44mm、内径24mm的TiNi_50.8记忆合金挤压管材。

管材表面仍然完整附着镍层；去除表面附着的镍层后，TiNi_50.8记忆合金表面质量良好，参见图2-b的下部，图的上部为采用传统玻璃润滑方法热挤压的TiNi_50.8合金管表面。

实施例3

在500吨、挤压筒直径为95mm的挤压机上实现Ti₅₀Ni₄₇Fe₃记忆合金外径T型材的挤压加工。

第一步：机加工挤压坯料

在直径100mm的Ti₅₀Ni₄₇Fe₃记忆合金铸锭坯料上截取200mm长挤压坯料。机加工扒皮、平端面加工挤压坯料；由于挤压坯料要预留出后期喷涂镍层的厚度，本次加工挤压坯料外径为91mm。

第二步：喷砂处理

采用喷砂处理方式去除机加工坯料表面油渍，并使坯料形成粗糙的表面。

第三步：热喷涂镍层

采用热喷涂的方式在Ti₅₀Ni₄₇Fe₃记忆合金挤压坯料的表面形成一层0.75mm厚的镍喷涂层。

第四步：反挤压

选择合适模具，并在下述挤压参数范围内对Ti₅₀Ni₄₇Fe₃记忆合金挤压坯料进行挤压。具体挤压参数为：

挤压温度： 900℃

挤压速度： 75-85mm/s

挤压筒温度： 350-400℃

挤压顺利进行，获得Ti₅₀Ni₄₇Fe₃记忆合金挤压T型材，如图2-c所示。

本发明区别于传统的玻璃粉润滑和包套润滑等，采用了喷涂镍金属层的挤压润滑方式，镍金属层在挤压过程中充当金属润滑层，达到挤压润滑的作用，能够改善Ti-Ni基记忆合金热挤压过程的润滑情况，达到Ti-Ni基记忆合金正/反挤压管、棒等材料的润滑要求，加工出质量合格Ti-Ni基记忆合金挤压材。