纳米片层相增强TiNi基合金复合板材的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种增强TiNi基合金复合板材的制备方法，具体地说是一种纳米片层相增强TiNi基合金复合板材的制备方法。
【背景技术】
[0002]凭借其优异的形状记忆效应与超弹性以及良好的生物相容性等特性，TiNi基形状记忆合金在航空航天、机械电子与生物医疗等领域均获得了广泛应用。近年来，以TiNi形状记忆合金为基体的复合材料表现出诸多新奇的特性，引起了研究者的广泛关注，有望拓宽形状记忆材料的应用范围。例如，纳米线或纳米片层NbTi增强TiNi (Nb)复合材料表现出低弹性模量、高弹性极限和屈服强度等特点；纳米片层W增强TiNi复合材料具有高屈服强度、可调控的相变滞后和高X光可见性；将Ag复合到TiNi基体中则可以赋予材料一定的杀菌特性，在生物医疗器械领域具有广阔的应用前景。
[0003]对于上述复合材料，现有制备工艺主要是利用Nb、W与Ag等在TiNi合金中溶解度有限的特性，采用真空熔炼工艺原位制备复合材料，然后通过大变形量的冷拔与冷乳等工艺获得型材。在真空熔炼工序，由于组成元素的物理特性存在巨大差异，给合金熔炼带来很大的困难。例如，Nb与W的熔点分别高达2468°C与3407°C，并且两种元素的密度大，因此在熔炼时容易造成成分偏析；Ag熔点约在980°C，远低于Ti或Ni的熔点，并且密度小，在熔炼时易浮在熔融液体的上层。在冷加工变形阶段，由于铸锭中增强相的尺寸与分布都不均匀，所以最终获得的纳米线或纳米片层相的尺寸也不均匀。此外，由于获得纳米线或纳米层片增强相需要非常大的塑性变形，所以最终的材料形式以细丝或薄板为主。上述缺点在一定程度上制约了纳米线或纳米片层增强TiNi基复合材料的工程应用。
[0004]《中国石油大学学报》(自然科学版)，2012，36(3) 151 — 154中刊登的“超细片层NbTi/TiNi记忆合金复合材料的制备与功能特性”，主要利用熔炼、锻造和拔丝等工艺制备超细片层NbTi/TiNi记忆合金复合材料。申请号为201010150612.0的专利文件中公开的“一种NbTi/TiNi记忆合金复合材料及其制备方法”，主要利用熔炼、锻造和拔丝等工艺制备超细片层NbTi/TiNi记忆合金复合材料；申请号为200810118675.0的专利文件中公开的“TiNiNb/NbTi记忆合金复合材料及其制备方法”，主要利用熔炼、锻造和拔丝等工艺制备NbTi/TiNi记忆合金复合材料；申请号为201110385005.7的专利文件中公开的“W/TiNi记忆合金复合材料及其制备方法”，主要利用熔炼、锻造和拔丝等工艺制备W/TiNi记忆合金复合材料。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种能够解决纳米片层相增强TiNi基复合材料熔炼困难、增强相分布与尺寸不均匀的问题的纳米片层相增强TiNi基合金复合板材的制备方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
[0007](I)对TiNi基形状记忆合金箔与增强金属箔进行表面酸洗；
[0008](2)将酸洗后的TiNi基形状记忆合金和增强金属箔交替叠放并保证最外层为TiNi基合金箔，利用烧结工艺烧结成型；
[0009](3)将烧结成型的TiNi基合金复合材料真空密封在不锈钢或纯Ti包套内，在室温?500°C温度下反复乳制；
[0010](4)在200°C?600°C范围内进行退火处理，得到纳米片层相增强TiNi基复合材料板材。
[0011]本发明还可以包括:
[0012]1、所述增强金属箔为Nb、W或Ag箔。
[0013]2、所述烧结工艺为热压烧结或放电等离子烧结，烧结温度为800?IlOOcC，烧结压力为30?90MPa，烧结时间为0.5?4小时。
[0014]3、所述TiNi基形状记忆合金箔的原子比为含48-52% T1、其余为Ni。
[0015]为解决纳米片层相增强TiNi基复合材料熔炼困难、增强相分布与尺寸不均匀的问题，本发明提供了一种纳米片层相增强TiNi基复合材料的制备工艺。本发明工艺简单、便于调控、对设备要求低、易于实现批量生产。
[0016]本发明的纳米片层相增强TiNi基合金复合材料制备方法是以TiNi合金板材与增强金属箔为原材料，将经过预处理的TiNi合金箔与增强纯金属箔交替叠放并保证最外层为TiNi合金，利用烧结工艺将上述箔材组烧结成型，将箔材组乳制然后进行退火处理，即可获得纳米片层相增强的TiNi基合金复合板材。所述增强金属元素为Nb、W、Ag等在TiNi合金中溶解度小，并且不会与基体元素形成脆性相元素。
[0017]本发明所选择的增强相金属主要包括Nb、W与Ag，其共同特点是在TiNi基体中溶解度小、并且不会与基体金属形成脆性相。在烧结过程中，增强相金属可以扩散进入TiNi基体中，从而形成牢固的冶金结合。利用随后的乳制可以将增强相的厚度减至纳米量级，纳米片层结构具有比表面积大、与基体界面结合强度高等特点。利用本工艺制备的纳米片层增强TiNi基复合材料板材具有独特的性能优势，例如纳米线或纳米片层NbTi增强TiNi (Nb)复合材料具有低弹性模量、高弹性极限和屈服强度等特点；纳米片层W增强TiNi复合材料具有高屈服强度、可调控的相变滞后和高X光可见性；纳米片层Ag增强TiNi复合材料则具有杀菌、热导率高等优点。
[0018]本发明的制备工艺具有简单、易于调控、对设备要求低等特点。本发明可以通过调整增强相金属的初始厚度与TiNi合金厚度之间的比例，方便地调整增强相的体积分数，从而满足不同的实际需要。可以通过调整增强相金属的种类，获得具有不同特性的复合材料。也可以通过调整叠放的层数和增强相金属与基体合金的厚度，获得具有不同尺寸的复合材料。
[0019]本发明所制备的纳米片层相增强TiNi基复合材料适用于阻尼构件、驱动器以及医疗器械等。
【附图说明】
[0020]图1为纳米片层Nb相增强TiNi基合金复合板材的技术路线。
[0021]图2为TiNi合金与Nb箔的叠放示意图。
[0022]图3为包套组装结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]本发明的纳米片层相增强TiNi基合金复合板材的制备方法主要包括:
[0024](I)根据设计要求，选择TiNi基形状记忆合金箔与增强金属箔的厚度，将其进行表面酸洗；
[0025](2)将酸洗后的TiNi基形状记忆合金和增强金属箔交替叠放并保证最外层为TiNi基合金箔，利用烧结工艺在一定压力和温度下将其烧结成型；
[0026](3)将烧结成型的TiNi基合金复合材料真空密封在不锈钢或纯Ti包套内，在室温-500°C温度下反复乳制至