一种形状记忆合金丝材的处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于合金材料领域，涉及一种形状记忆合金丝材的处理工艺，具体涉及一 种镍钛形状记忆合金丝材的加工处理工艺，从而获得具有超高阻尼功能的镍钛形状记忆合 金丝材。
【背景技术】
[0002] 当前，机械设备趋于高速、高效和自动化，随之引起的振动、噪声和疲劳断裂问题 亦越来越突出。开发并应用具有高内耗的阻尼合金，可以有效的减小有害振动和噪音、阻碍 振动传播，并降低共振峰值应力。其中，合金的内耗是指弹性波与合金的晶体缺陷相互作 用，而使机械能耗散的现象。典型晶体缺陷包括点缺陷、位错、晶界以及孪晶、磁畴等，研究 人员正是根据对这些缺陷特征和内耗之间相关性的理解，设计并开发了多种类型的阻尼合 金。在目前开发的兼具高阻尼高强度的合金中，基于孪晶缺陷内耗的阻尼合金展现出极好 的阻尼-力学综合性能，其中非常典型的是具有易迀动孪晶结构马氏体的镍钛（Ti-Ni)基、 铜（Cu)基和锰铜（Mn-Cu)基形状记忆合金等，具体见图1各种阻尼材料阻尼值和拉伸强度 综合数据表。从图1中可知，材料的减振能力在物理上可以用阻尼值或者内耗值来表示，图 中表现为Q\tan δ的数值，Qtan δ。，图1表明了各种阻尼材料的强度和阻尼的综合 性能，其中表中右上方的材料强度和阻尼性能倶佳。以镍钛材料为例，在马氏体状态下，其 阻尼值达到0. 05。
[0003] 最近几年，材料科学家们不断地通过微观组织调控，优化这些形状记忆合金的阻 尼性能。比如通过合金化的方式，在钛镍合金中掺入铜元素，其阻尼值可以达到0. 08的水 平，但是距离理想的减振降噪材料所需的阻尼性能尚有差距。此外，钛镍合金、锰铜合金的 往往会掺入氢元素，固溶氢原子与马氏体孪晶交互作用，如图2所示，可以得到一组弛豫内 耗峰，其阻尼值可以达到接近0. 2,但是该内耗峰的覆盖范围在-80~-30°C之间，不适合常 规的应用推广。也有科学家通过合金元素的调整，开发出钛钯（Ti-Pd)基形状记忆合金，如 图3所示，其氢原子与马氏体孪晶的交互作用弛豫内耗峰接近室温附近，但是显然钯元素 高昂的价格也会限制这类阻尼材料的大范围产业化推广。
【发明内容】
[0004] 鉴于以上所述现有阻尼合金材料的不足，本发明的目的在于提供一种形状记忆合 金丝材的处理工艺，该种处理工艺适用于镍钛形状记忆合金丝材，通过加工和热处理工艺 控制其晶粒尺寸和析出相组织从而获得具有超高阻尼功能的镍钛形状记忆合金丝材。使用 这种超高阻尼形状记忆合金丝材能够搭建各种阻尼器件，在军工、航天航空及其它各种工 业领域发挥重要的作用。
[0005] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种形状记忆合金丝材的 处理工艺，包括以下步骤：
[0006] 1)使形状记忆合金丝材处于初始冷拔状态后，进行退火处理；
[0007] 优选地，所述形状记忆合金丝材为镍钛形状记忆合金丝材。
[0008] 上述形状记忆合金丝材按本领域常规方法制得，即按配比加入各元素组分，熔炼、 成型后制得。
[0009] 优选地，所述形状记忆合金丝材的冷拔状态的晶粒尺度在微米尺度以下。
[0010] 优选地，所述退火处理的条件为：退火温度：650-750°C;退火时间：1-20小时。所 述退火处理中退火温度越高，所需退火时间越短。
[0011] 优选地，所述退火处理在真空或气氛保护下进行。
[0012] 更优选地，所述真空保护中的真空度达到10 3Pa以上级别。
[0013] 更优选地，所述保护气氛为氩气或氮气。所述氩气或氮气的纯度不小于99. 9%。
[0014] 优选地，所述退火处理后合金丝材的晶粒尺度在微米尺度以上。
[0015] 更优选地，所述退火处理后合金丝材的晶粒尺度为5~20μm。
[0016] 所述退火处理用来调控形状记忆合金丝材的晶粒尺度，同时消除冷拔带来的过多 位错及残余应力。将处于初始冷拔态丝材的微米尺度以下的晶粒尺度增大，达到微米尺度 以上，具体见图4。根据图4中的金相数据表明合金丝材的晶粒尺度达到要求范围，即晶粒 尺度控制在5~20μm。
[0017] 2)再将所述形状记忆合金丝材进行时效处理。
[0018] 优选地，所述时效处理为低温时效处理。
[0019] 优选地，所述时效处理的条件为：时效温度：220-300°C;时效时间：5-48小时。
[0020] 优选地，所述形状记忆合金丝材进行时效处理后，获得纳米析出相。
[0021] 更优选地，所述纳米析出相在镍钛形状记忆合金丝材中分布存在区域差异，在晶 界位置析出密度较大，在晶内位置析出密度较小。
[0022] 所述时效处理使形状记忆合金丝材获得纳米析出相，具体见图5。图5是对合金丝 材进一步放大后的微观组织，可以清晰的看到时效获得的不均匀分布的纳米相析出组织。 所述纳米析出相不仅可以强化形状记忆合金丝材，同时也是形状记忆合金丝材获得超高阻 尼值的关键。所述纳米析出相与经退火处理后形状记忆合金丝材的晶粒尺度相结合，可以 有效控制形状记忆合金丝材中纳米析出相的分布，使得形状记忆合金丝材的相分布从晶界 到晶内存在局部的梯度效应，从而在形状记忆合金丝材中获得了一种析出加孪晶的复相组 织，这种复相组织提供了非常高的阻尼值，从而使形状记忆合金丝材具有超高阻尼性能。
[0023] 本发明第二方面提供一种形状记忆合金丝材，经上述处理工艺后制得。
[0024] 优选地，所述形状记忆合金丝材为镍钛形状记忆合金丝材。
[0025] 上述形状记忆合金丝材先按本领域常规方法制得，即按配比加入各元素组分，熔 炼、成型后制得。
[0026] 更优选地，所述镍钛形状记忆合金丝材，按摩尔百分比计，包括如下组分：
[0027] 镍（Ni) :50· 2-51. 0% ;
[0028] 钛（Ti) :49· 0-49. 8%。
[0029] 更优选地，所述镍钛形状记忆合金丝材为本领域常规所称的镍钛形状记忆合金丝 材，其中还包括铜（Cu)、铁（Fe)、钯（Pd)、银（Ag)等元素中的至少一种。
[0030] 进一步优选地，所述镍钛形状记忆合金丝材中还包括铜、铁、钯、银元素中任意一 种或多种混合。
[0031] 优选地，所述形状记忆合金丝材的初始状态为冷拔状态。
[0032] 更优选地，所述形状记忆合金丝材的丝材直径为50μm~2mm。
[0033] 优选地，所述形状记忆合金丝材的阻尼系数值不小于0. 25。
[0034] 优选地，所述形状记忆合金丝材的使用温度范围为-65~55°C。
[0035] 本发明第三面提供一种形状记忆合金丝材在阻尼器件中的应用。
[0036] 如上所述，本发明提供的一种形状记忆合金丝材的处理工艺，按优化比例添加元 素组分，并通过退火和时效处理控制形状记忆合金丝材的晶粒尺寸和纳米析出相组织，从 而获得具有超高阻尼功能的镍钛形状记忆合金丝材。本发明中制备获得的镍钛形状记忆合 金丝材的阻尼系数最高可达到0. 4以上，比常规钛镍丝材的阻尼系数提高一个量级，可以 作为主要阻尼源设计成各种器件，在军工、航天航空、汽车、建筑等领域应用潜力巨大。
【附图说明】
[0037] 图1显示为各类合金的内耗与力学性能参数分布图。
[0038] 图2显示为镍钛形状记忆合金的氢-孪晶弛豫内耗峰示意图。
[0039] 图3显示为钛钯基形状记忆合金的氢-孪晶弛豫内耗峰示意图。
[0040] 图4显示为镍钛形状记忆合金丝材退火后的金相结构示意图。
[0041] 图5显示为镍钛形状记忆合金丝材退火后的金相结构示意图。
[0042] 图6显示为镍钛（Ni5asTi49.2)形状记忆合金丝材的内耗谱示意图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的保护范围。
[0044] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0045] 须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或