纳米片层相增强TiNi基合金复合板材的累积叠轧制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种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。上述问题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基合金复合板材的累积叠乳制备方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
[0007](I)将TiNi形状记忆合金箔材表面进行酸洗及表面清洗；
[0008](2)将增强纯金属箔材进行机械磨抛及表面清洗；
[0009](3)将经过预处理的TiNi合金箔材与增强纯金属箔材交替叠放并保证最外层为TiNi合金箔材；
[0010](4)将上述叠放的TiNi合金箔材与增强纯金属箔材放入不锈钢或纯Ti包套中并抽真空，获得增强金属与TiNi合金的箔材组；
[0011](5)将上述所述箔材组在400°C?800°C温度下进行η道次累积叠乳，压下量为50% ；
[0012](6)将累积叠乳后的板材在300°C?600°C范围内进行真空退火处理，得到纳米片层相增强TiNi基复合材料板材。
[0013]本发明还可以包括:
[0014]1、所述增强纯金属为Nb、W或Ag。
[0015]2、所述进行η道次累积叠乳中η为不超过32的正整数。
[0016]3、所述TiNi形状记忆合金箔材为Ti含量为48_52at.%，余量为Ni。
[0017]4、累积叠乳的乳制温度选择为600°C，真空退火处理的温度选择为450°C。
[0018]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。
[0019]本发明的纳米片层相增强TiNi基合金的制备方法是以TiNi合金箔材与用于增强的纯金属箔材为原料，将经过预处理的TiNi合金箔材与纯金属箔材交替叠放并保证最外层为TiNi合金，利用累积叠乳工艺将上述板材在400°C _800°C温度下叠乳在一起，将乳制后板材在300°C -600°C范围内进行退火处理，即可得到纳米片层相增强TiNi基复合材料板材。本发明中纯金属箔材为Nb、W或Ag等在TiNi合金中固溶度小，并且不会与基体元素形成脆性相的纯金属。
[0020]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。在累积叠乳过程中，增强相金属可以与TiNi基体形成牢固的冶金结合。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尚X光可见性；纳米片层Ag增强TiNi复合材料则具有杀菌、热导率尚等优点。
[0021]本发明具有制备工艺简单、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。也可以通过调整累积叠乳道次η获得不同厚度的增强相金属。
[0022]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】
[0023]图1是本发明的技术路线图。
[0024]图2是叠放示意图。
[0025]图3是包套组装结构示意图。
[0026]图4是单道次累积叠乳示意图。
【具体实