一种富钛Ti-Ni形状记忆合金薄带及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于形状记忆合金领域，特别涉及一种形状记忆合金材料及其制备方法，
【背景技术】
[0002] 小（微）型化是装备制造的重要发展方向之一。研制微机电系统急需微执行器材 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，微执行器的备选材料包括 Ti-Ni形状记忆薄带（膜）、压电材料和磁致伸缩材料等。与后两者相比，Ti-Ni形状记忆 合金薄带（膜）集感知和驱动功能于一体，且具有单位体积输出功和输出位移大、对信号的 响应速率高、电阻率大、驱动电压低、方便控制等优势，开发价值更大一些。
[0003] Ti-Ni形状记忆合金薄带可用单辊甩带法、平面流铸法和双辊法等熔体快淬法制 备，其中单辊甩带法最为常用。其原理是，在真空状态下将熔融合金在一定压力下注射到高 速旋转的水冷铜辊上，使其在极大的过泠度下凝固，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。
[0004] 依据合金成分不同，Ti-Ni形状记忆合金可分为富钛、近等原子比和富镍Ti-Ni形 状记忆合金。目前对近等原子比和富镍Ti-Ni形状记忆合金研究较充分，对富钛Ti-Ni形 状记忆合金研究尚不多，原因是用传统熔炼、加工成形方法制备的富钛Ti-Ni合金的形状 记忆效应较差。
[0005] 我们前期研究发现，在富钛、近等原子比和富镍Ti-Ni形状记忆合金中，富钛 Ti-Ni合金的相变温度最高（80-1KTC )，适合制作在较高温度下工作的执行器。我们设想， 若改变传统制备方法，用熔体快淬法将富钛Ti-Ni合金制成薄带后，由于合金厚度变薄、组 织细化，有可能会改善其形状记忆性能，使之成为在较高温度下工作的微执行器的理想材 料。目前对该技术，尚无研究报道。因此，用单辑甩带法研制Ti-xNi(x = 45~49. 8%原子 百分数）形状记忆合金薄带，对于开发微执行器用形状记忆合金薄带具有重要意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种富钛形状记忆合金材料及其制备方法。
[0007] 为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
[0008] -种富钛Ti-Ni形状记忆合金薄带，按原子百分比，包括45%~49. 8%的Ni，余量 为Ti。
[0009] 一种富钛Ti-Ni形状记忆合金薄带的制备方法，包括下述步骤：
[0010] (1)按原子百分比：45%~49.8%的Ni，余量为Ti，称量纯Ti和纯Ni ;
[0011] (2)将称好的两组份熔炼成纽扣状母合金，具体工艺如下：
[0012] a、将称好的两组份放入坩埚内并置于真空电弧炉熔炼室中，封闭熔炼室，抽真 空；
[0013] b、达到真空度后，向熔炼室充入氩气，在氩气保护下，利用钨极氩弧熔炼法将两组 份融化，然后搅拌，使熔融态的合金液充分混合，60s后停止搅拌，关闭电弧；
[0014] C、待铸锭冷却后，利用料勺将铸块底面翻至朝上再进行至少3次如a、b步骤的熔 炼；
[0015] (3)将恪炼好的纽扣状母合金制备成合金薄带，具体工艺如下：
[0016] a、将熔炼好的合金铸块放于底端带孔的石英管内，并与石英管一起置于感应加热 炉甩带室的的铜制线圈内，调节石英管上下位置，使之下端与铜辊的距离为2~5mm，封闭 甩带室，进行抽真空；
[0017] b、达到真空度后，打开氩气进入阀，往甩带室中充入氩气，在氩气保护下，利用高 频感应加热使合金铸块熔化，合金熔液在氩气压力和自重作用下，从石英管中通过底端孔 喷射在转动的铜辑上，形成合金薄带；
[0018] (4)将制备好的合金薄带进行300~500°C退火热处理，时间为5~lOmin，冷却方 式为空冷。
[0019] 上述方法步骤（2)中，所述a的抽真空，真空度为9. 0X10 4Pa。步骤（3)中，所述 a的抽真空，真空度为8. 0X 10 4Pa。
[0020] 往熔炼室或甩带室中充入氩气的压强为0. 05MP。
[0021] 本发明利用X射线衍射仪（XRD)、扫描电子显微镜（SEM)、不差扫描热分析仪（DSC) 等仪器和弯曲变形实验，分析、测试了不同成分配比的Ti-Ni合金薄带的相组成、显微组 织、相变行为和形状记忆效应，结果显示，本发明制备工艺简单，易于操作，得到的合金薄带 具有优异的形状记忆效应，适合推广。
【附图说明】
[0022] 图1是实施例1中Ti-45Ni合金薄带450°C lOmin退火态的XRD衍射谱图。结果 表明，合金薄带的基本组成相为单斜结构的B19 z (马氏体）和CsCl结构的B2(母相）。
[0023] 图2是实施例2中Ti-46Ni合金薄带450°C lOmin退火态的XRD衍射谱图。结果 表明，合金薄带的基本组成相为单斜结构的B19 z (马氏体）和CsCl结构的B2(母相）。
[0024] 图3是实施例3中Ti-48Ni合金薄带450°C lOmin退火态的XRD衍射谱图。结果 表明，合金薄带的基本组成相为单斜结构的B19 z (马氏体）和CsCl结构的B2(母相）。
[0025] 图4是实施例4中Ti-49Ni合金薄带450°C lOmin退火态的XRD衍射谱图。结果 表明，合金薄带的基本组成相为单斜结构的B19 z (马氏体）和CsCl结构的B2(母相）。
[0026] 图5是实施例5中Ti-49. 8Ni合金薄带450°C lOmin退火态的XRD衍射谱图。结 果表明，合金薄带的基本组成相为单斜结构的B19 z (马氏体）和CsCl结构的B2(母相）。
[0027] 图6是实施例1中Ti-45Ni合金薄带450°C lOmin退火态的SEM显微组织照片，结 果表明，合金薄带晶粒细小、组织致密。
[0028] 图7是实施例2中Ti-46Ni合金薄带500°C lOmin退火态的SEM显微组织照片，结 果表明，合金薄带晶粒细小、组织致密。
[0029] 图8是实施例3中Ti-48Ni合金薄带500°C4min退火态的SEM显微组织照片，结 果表明，合金薄带晶粒细小、组织致密。
[0030] 图9是实施例4中Ti-49Ni合金薄带铸态的SEM显微组织照片，结果表明，合金薄 带晶粒细小、组织致密。
[0031] 图10是实施例5中Ti-49. 8Ni合金薄带铸态的SEM显微组织照片，结果表明，合 金薄带晶粒细小、组织致密。
[0032] 图11是实施例1中Ti-45Ni合金薄带500°C 4min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，Mr峰为M - B2相变峰，Rr峰为 R - B2相变峰。结果表明，500°C 4min退火态Ti-45Ni合金薄