一种提高镍钛合金制冷能效比、寿命和温度稳定性的方法与流程

本发明属于镍钛合金加工技术领域，具体涉及一种提高镍钛合金制冷能效比、寿命和温度稳定性的方法。

背景技术：

传统压缩式制冷原理是通过气态制冷工质(如氟利昂)，借助于压缩机的抽吸压缩、冷凝器的放热冷凝、节流阀的节流降压、蒸发器的吸热汽化的不停循环过程，达到使被冷对象温度下降的目的。由于该方法会对环境造成巨大的危害，因此开发并利用新的制冷技术和材料已然迫在眉睫。固态制冷技术以其环境友好型的巨大优势正吸引科研机构与工业界的高度关注。镍钛合金由于在发生结构相变过程中会产生较大的熵差，引起基体明显的温度变化，且用于固态制冷过程中对环境无害而受到高度重视。然而，传统镍钛合金在使用过程中存在力学性能衰退，疲劳破坏，工作温度区间窄，无法兼顾强度与延展性和能效比难以大幅度提高等问题，限制了该材料在固态制冷领域的广泛使用。因此有必要设计一种能提高镍钛合金制冷能效比、寿命和温度稳定性的方法。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种提高镍钛合金制冷能效比、寿命和温度稳定性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、通过冷加工得到平均晶粒尺寸约为5～30nm的纳米晶镍钛合金基体；

步骤2、在步骤1所得纳米晶镍钛合金基体表面上用功率为50～200瓦的连续激光束进行局部热处理，持续时间0.1～2s，热处理斑点直径斑点间距d＝0.5～2mm；

步骤3、将基体表面抛光至镜面。

所述步骤1中纳米晶镍钛合金基体可为镍钛基其他合金，如镍钛铜、镍钛铜钴、镍钛铝、镍钛铪、镍钛锆、镍钛钒、镍钛铬、镍钛钯、镍钛铂和镍钛银等。

所述步骤1制得的纳米晶镍钛基合金基体形状为板材、柱状、管状或薄片状，采用冷拔、冷轧或高压扭转的方法制作，加工温度低于100℃。

所述步骤1中冷加工前镍钛原材料为近等原子比的超弹性镍钛合金，冷加工前准备工作需将原材料在800℃中加热1h并持续通惰性气体。

所述步骤2中激光束斑点应对称分布在纳米晶镍钛合金基体的内外或前后表面上，内外或前后表面的斑点分布尽量保持相同。

所述步骤2中激光束温度保持在1000℃以上，激光束斑点直径和斑点间距d可根据实际情况进行调整，

所述步骤2中激光束斑点直径和斑点间距d之间尺寸关系需要满足关系式：

所述步骤3中，抛光方法使用机械抛光或者电解抛光，直至表面不含微裂纹且达到镜面效果为止。

本发明具有如下优点：

本发明采用连续激光束对纳米晶镍钛合金基体表面进行局部热处理，大大提高了该材料的制冷能效比，同时延长了使用寿命，拓宽了使用的温度区间，兼顾材料的强度与延展性，此外，加工工艺简单，能耗小，成本低，可迅速完成并投入使用，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明方法加工工艺示意图；

图2是经本发明方法激光处理后的镍钛合金在室温下的应力应变关系图；

图3是传统镍钛合金室温下的应力应变关系图；

图4是经本发明方法激光处理后的镍钛合金在-10℃下的应力应变关系图；

图5是传统镍钛合金在-10℃下的应力应变关系图；

图中，1-纳米晶镍钛合金基体，2-激光束斑点。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1所示，一种提高镍钛合金制冷能效比、寿命和温度稳定性的方法，将含有50.68％原子镍，49.32％钛的镍钛合金板按以下步骤进行加工：

a、通过冷加工得到平均晶粒尺寸约为10nm的纳米晶镍钛合金基体1；

b、在纳米晶镍钛合金基体1表面上用功率为100瓦的连续激光束进行局部热处理，持续时间1s，激光束斑点2直径斑点间距d＝1mm；

c、将基体表面抛光至镜面。

步骤a中，纳米晶镍钛合金基体可以是镍钛基的其他合金，形状可以是板材，柱子，管子或者薄片等，采用冷拔、冷轧或高压扭转的方法制作，其中加工温度低于100℃，冷加工前镍钛原材料为近等原子比的超弹性镍钛合金，在800℃中加热1h并持续通惰性气体，变形过程中应保持均匀变形且使基体表面含尽量少的微裂纹。

步骤b中，激光束斑点应对称分布在纳米晶镍钛合金基体的内外或者前后表面上，内外或者前后表面的斑点分布尽量保持相同，激光束温度保持在1000℃以上，激光束斑点直径和斑点间距d可以根据实际情况进行调整，但需要满足

步骤c中，抛光方法使用机械抛光或者电解抛光，直至表面不含微裂纹且达到镜面效果为止。

基于本发明实施例进行试验的结果表明，按本发明方法处理后的镍钛合金固态制冷能效比可以达到40～50。如图2与图3所示，在室温条件下进行拉伸试验，对试验结果比较发现经本发明工艺制得的材料不但拥有传统镍钛合金的较大可恢复应变(4％)，而且强度是传统镍钛合金的两倍以上，表明该方法能够使使材料兼顾强度与延展性，此外，改进后的材料滞回圈面积仅为传统材料的1/4，这将有利于提高材料的疲劳寿命。如图4与图5所示，-10℃下进行拉伸试验，对试验结果比较发现，在-10℃下传统镍钛合金加载卸载后存在大量残余变形，而经本发明方法工艺制得的改善后的材料基本上能恢复到初始状态，这为低温制冷提供了可能性，表明此方法能够提高该材料的温度稳定性。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。