一种V纳米线增强的宽滞后NiTiV形状记忆合金的制作方法

文档序号:15457740发布日期:2018-09-15 01:38

本发明属于新型金属的生产技术领域,具体涉及NiTiV合金及NiTi基复合材料,特别涉及一种V纳米线增强的NiTiV合金或NiTi基复合材料。



背景技术:

NiTi形状记忆合金具有非常优异的形状记忆效应和超弹性,因而广泛应用于生物医用、航空航天等领域。由于NiTi合金的相变滞后较小,作为连接件或紧固件(例如:飞机管接头)时需要用液氮储存和运输。因此,工程上使用NiTiNb合金作为连接件或紧固件。铌元素的加入有效的增加了合金的相变滞后。但铌元素存在一些缺点:1.比重较大(原子量92.91),用于飞机时会增加重量;2.熔点较高(2468℃),增大熔炼难度。与铌类似,钒元素与NiTi可发生共晶反应,且与铌相比,钒元素具有较小的比重(50.94)和较低的熔点(1890℃)。除此之外,钒还具有较好的储氢性能,与镍钛复合后还可应用为储氢合金。

但现有的NiTiV合金中钒元素的含量较低,大多低于5%,不足以大幅度增加NiTi合金的滞后。



技术实现要素:

为克服现有技术的不足,本发明的主要目的是提供一种钒纳米线增强的镍钛基形状记忆合金,以期钒元素的加入不仅提高了镍钛合金的临界相变应力,还大大提高了合金的相变滞后。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明通过熔炼镍、钛和钒金属原料,其中钒的原子百分比为9~25%,镍和钛原子百分比满足:|Ni%-Ti%|≤2%。再经锻造、拉拔等过程,得到钒纳米线增强的NiTiV合金,其中V纳米线的体积分数约为9~25%。即,本发明NiTiV合金的特征在于:通过熔炼、锻造和拉拔的方法得到钒纳米线增强的镍钛基形状记忆合金。在熔炼过程中镍钛与钒发生共晶反应,生成尺寸十分细小的片层状β-V相,片层厚度小于300纳米。而在锻造和拉拔过程中,细小的钒片层继续发生变形,最终形成直径小于50纳米的纳米线。

上述合金丝材的制造方法:首先将镍钛基形状记忆合金铸锭在750~850℃之间锻造,使之成为棒状,之后通过450~550℃温度下热拔得到较粗丝材,在经室温冷拔得到细丝,最后将细丝在350~500℃之间退火,得到最终丝材。

本发明的科学原理:

镍钛与钒在熔炼过程中发生共晶反应,生成细小的片层状β-V。拉拔后钒元素在合金中呈纳米线形态,沿拉拔丝材的轴向分布。钒纳米线可提高镍钛合金的临界相变应力,且可以提高合金的相变滞后。

与现有技术相比,本发明具有以下技术效果:

1、与NiTiNb合金相比,NiTiV具有较小的密度,有利于其应用为航空航天材料;

2、与Nb相比,V的熔点更低,方便熔炼和热处理;

3、相比已有的NiTiV合金,本发明中V含量较高,原子百分比为9~25%,能够更有效的提高合金的相变滞后。

附图说明

图1为本发明Ni37Ti38V25合金的SEM照片;

如图可知,Ni37Ti38V25合金的SEM照片显示合金中NiTi和β-V均呈片层状分布,且片层尺寸小于500纳米。

图2为本发明Ni37Ti38V25合金的拉伸应力应变曲线;

如图可知,Ni37Ti38V25合金不同温度退火后的拉伸应力应变曲线显示合金400℃退火后可以表现出超弹性,且具有极大的应力滞后。

具体实施方式

以下结合具体实施例详述本发明,但本发明不局限于下述实施例。

实施例1

1.熔炼Ni46Ti44V10合金:按各元素原子百分比配料后混合,得到1kg混合金属原料,通过电弧熔炼得到Ni46Ti44V10合金铸锭。将铸锭900℃均匀化退火。熔炼后的合金通过扫描电子显微镜(SEM)观察可知,β-V呈片层状沿晶界分布,片层厚度小于1微米。

2.锻造拉拔:将铸锭750℃锻造,使之热变形为棒状,直径约为在通过550℃热拔得到的丝材;最后将丝材冷拔至

3.热处理:将的Ni46Ti44V10合金丝材放置于热处理炉中,分别在350℃、400℃、450℃、500℃和550℃温度下退火20min。

4.力学性能及相变温度测试:力学性能测试采用万能试验机,得出350℃和400℃退火后的合金表现出超弹性,超弹应力均大于500MPa,且丝材的应力滞后较大,接近500MPa;相变温度测试采用示差扫描量热仪(DSC),得出退火后合金丝材的均可以发生R相变,450℃退火后的合金可以发生马氏体相变。

实施例2

1.熔炼Ni37Ti38V25合金:按各元素原子百分比配料后混合,得到1kg混合金属原料,通过电弧熔炼得到Ni37Ti38V25合金铸锭。将铸锭900℃均匀化退火。熔炼后的合金通过扫描电子显微镜(SEM)观察可知,β-V与NiTi相呈片层状相间分布于晶粒中,两相的片层厚度均小于500纳米。

2.锻造拉拔:将铸锭750℃锻造,使之热变形为棒状,直径约为在通过550℃热拔得到的丝材;最后将丝材冷拔至

3.热处理:将的Ni46Ti44V10合金丝材放置于热处理炉中,分别在350℃、400℃、450℃、500℃和550℃温度下退火20min。

4.力学性能及相变温度测试:力学性能测试采用万能试验机,得出400℃退火后的合金表现出超弹性,超弹应力大于1100MPa,且丝材的应力滞后极大,接近700MPa;相变温度测试采用示差扫描量热仪(DSC),得出400℃以上退火后合金丝材的均可以发生R相变,450℃退火后的合金可以发生马氏体相变。

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