Ti-Ni基形状记忆合金薄带及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种形状记忆合金材料及制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着机械、电子及高端装备制造技术的发展，仪器设备的精密化、小（微）型化已 成为重要发展方向，集微型机构、微型传感器、微型执行器及信号处理和控制电路等于一体 的微机电系统（MEM巧就是其中之一。研制MEMS急需微执行器材料，并要求该材料具有较大 的单位体积输出功和输出应变。目前，微执行器材料主要包括Ti-Ni基形状记忆薄带（膜）、 压电材料和磁致伸缩材料等。Ti-Ni合金具有优异的形状记忆效应、超弹性、高阻巧性、耐腐 蚀和耐磨性，与压电材料和磁致伸缩材料相比，Ti-Ni基形状记忆合金薄带（膜）作微执行 器材料具有单位体积输出功和输出位移大，电阻率大，驱动电压低，可通过微电流加热其输 出应力和应变，方便控制，薄带材料对信号的响应速率高等优势。
[0003] 烙体快泽法是在真空状态下将烙融合金在一定压力下注射到高速旋转的水冷铜 漉上，使其在极大的过冷度下凝固，获得具有超细结构的非平衡组织薄带的方法。该方法冷 速极高，所得薄带的晶粒尺寸可达纳米级或非晶态，得到与一般非平衡冷却合金完全不同 的性能。烙体快泽法分为单漉甩带法、平面流铸法和双漉法，单漉甩带法在实验研究中最为 常用。
[0004] 我们前期研究发现，在Ti-Ni形状记忆合金中加入&元素后，能降低相变温度，改 善形状记忆性能，使合金在室温下呈超弹性特性，所研制的Ti-50. 8Ni-0. 3化合金具有优 异的形状记忆效应和室温超弹性。用烙体快泽法将Ti-Ni-&合金制成薄带后，由于组织细 化，预期会进一步改善其形状记忆行为，成为微执行器的理想材料，对此，目前尚无公开报 道。因此，用单漉甩带法研制Ti-50. 8Ni-x化(X = 0~1. 5%原子分数）形状记忆合金薄 带，对于开发微驱动器、微储能器、微阻巧器和微弹性元件用形状记忆合金薄带具有重要意 义。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种能降低相变温度，改善形状记忆效应和超弹性的Ti-Ni 基形状记忆合金材料及制备方法。
[0006] 为达到W上目的，本发明是采取如下技术方案予W实现的：
[0007] 一种Ti-Ni基形状记忆合金薄带，其特征在于，按原子量百分比，包含50. 8%的 Ni，0~1.5%的Cr，余量为Ti。
[000引上述Ti-Ni基形状记忆合金薄带的优选组成是，按原子量百分比，包含50. 8%的 Ni，0. 3 ~0. 5%的 Cr，余量为 Ti。
[0009] 一种Ti-Ni基形状记忆合金薄带的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
[0010] (1)按原子量百分比，Ni为50. 8%，Cr为0. 3~0. 5%，余量为Ti称量
[0011] (2)将称好的各组份放入烙炼甩带炉的烙炼室中抽真空；
[001引 （3)抽真空结束后，向烙炼室充入氣气，在氣气保护下，利用鹤极氣弧烙炼法将各 组份烙化，并快速揽拌，使烙融态的合金液各组分充分混合，然后将合金液冷却成铸锭，再 在烙炼室内用料勺将铸锭反复翻转烙炼不少于6次；
[0013] (4)将烙炼好的合金铸块切碎，放于底端带孔的石英管内；打开烙炼甩带炉的甩 带室，将石英管置于甩带室的高频感应加热线圈内，调节石英管下端与铜漉的距离，封闭甩 带室，进行抽真空；
[0014] (5)抽真空结束后，向甩带室中充入氣气，在氣气保护下，利用高频感应将石英管 中的合金铸块加热至烙化，停止氣气充入，合金烙液在自重和氣气压力作用下，从石英管下 端的孔中喷射到转动的铜漉上，形成合金薄带；
[0015] (6)将合金薄带进行热处理。
[0016] 上述方法中，步骤（1)所述的Ti、Ni和&分别采用市售海绵Ti、电解Ni和纯& 粒。
[0017] 步骤似所述的抽真空，真空度为9.0Xl〇-4Pa。
[0018] 步骤（3)所述的氣气充入烙炼室，要保持室内压强为0. 05Mpa。
[0019] 步骤（4)所述的石英管下端与铜漉的距离为3~5mm。所述抽真空，真空度为 8. OXl〇-4pa。
[0020] 步骤（5)所述的氣气充入甩带室，要保持室内压强为0. 05MPa。所述铜漉的转速为 12m/s。
[0021] 步骤（6)所述的热处理温度为400~600°C，保温时间为30~60min。
[0022] 本发明利用X射线衍射仪狂RD)、扫描电子显微镜（SEM)、示差扫描热分析仪值SC) 等仪器和形状记忆效应弯曲试验方法，分析、测试了不同成分配比Ti-Ni基合金薄带的相 组成、显微组织、相变行为、形状记忆效应和超弹性，通过综合评定，得出Ti-50. 8Ni-x&(x =0. 3~0. 5% )合金薄带的组织性能较佳，具体表现为：合金薄带具有优异的形状记忆效 应，相变温度低，室温组织由母相B2组成，室温下呈现优异的超弹性；制备工艺简单，易于 操作，适合推广。
【附图说明】
[0023] 图1是实施例1铸态的X畑衍射谱图。
[0024] 图2是实施例1在550°C退火态的X畑衍射谱图。
[0025] 图3是实施例2在550°C退火态的X畑衍射谱图。
[0026] 图4是实施例3在550°C退火态的X畑衍射谱。
[0027] 图5是实施例1铸态的沈M显微组织照片。
[002引图6是实施例2铸态的SEM显微组织照片。
[0029] 图7是实施例3在450°C退火态的SEM显微照片。
[0030] 图8是实施例1在550°C退火态的DSC曲线。其中，R峰为母相B2 - R相变峰，M 峰为R - M(马氏体）相变峰，化峰为M - B2相变峰。
[003U 图9是实施例2在550°C退火态的DSC曲线。其中，R、M、化峰的意义同图8,化 峰为R - B2相变峰。
[003引图10是实施例3在550°C退火态的DSC曲线，其中，R、M、化、化峰的意义同图9。
[0033] 图11是实施例1在550°C退火态的形状记忆行为测试照片。其中；（a)为原形； 化）为在液氮中加载后变形；（C)为在热水中恢复原形。
[0034] 图12是实施例2在550°C退火态形状记忆行为测试照片。其中；(a)为原形；化） 为在液氮中加载后变形；（C)为在热水中恢复原形。
[0035] 图13是实施例3在550°C退火态形状记忆行为测试照