专利名称：高耐磨性钛镍合金材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高耐磨性钛镍合金材料的制备方法，用于获得不仅具有优良的滑动摩擦性能，还具有良好的耐腐蚀性能的摩擦学材料，进而提高该合金材料在海洋、矿山开采及民用工业等领域的实际工程应用价值。属于金属材料及冶金类技术领域。
背景技术：
摩擦磨损会导致机械零部件材料的缺损，最终导致出现断裂、剧烈震动、噪声及精度降低等失效，因此，高性能摩擦材料的选取和制备一直是工程技术人员孜孜以求的研究课题。
影响材料摩擦学性能的因素很多，如硬度、韧性、温度和滑动速度等。实践证明细小等轴的晶粒可提高材料的强度，提高其抵抗塑性变形的能力。等径弯角挤压法(Equal Channel Angular Extrusion，以下简称ECAE)可在不改变材料横截面积的情况下实现对材料的多次重复挤压，用来制备块状细晶材料，进而提高材料的塑性、韧性，提高其耐磨性能。
专利号为ZL03151238.0的中国发明专利“微米细晶钛镍合金块材等径弯角挤压制备方法”，基于ECAE工艺原理制备出了细晶钛镍合金材料，但由于高温及挤压过程中的剪切作用使材料动态再结晶，材料晶粒虽细化其强度提高，但丧失部分伪弹性性能，即热弹性马氏体的可逆回复特性几乎消失殆尽，其“塑性”变差，其韧性下降，因此其耐磨性并无显著提高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高耐磨性钛镍合金材料的制备方法，在有效细化材料微观晶粒组织的同时，改善其伪弹性性能，提高材料的摩擦学性能。
本发明的钛镍合金材料的制备方法具体为将原料按原子百分比为钛45％～52％，镍48％～55％配好，在真空条件下进行熔炼，制成钛镍合金铸锭。将铸锭在800℃～900℃退火，保温4～5小时，然后切割成坯料并对坯料进行表面处理，使表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。然后在坯料表面涂敷玻璃防护润滑剂，涂层厚度要均匀，涂层厚度为0.2-0.4mm。
采用等径弯角挤压模具，模具的挤压通道转角为90°。用丙酮对模具型腔进行清洗后均匀涂敷石墨润滑剂，然后将涂好石墨润滑剂的模具放在400℃～500℃的加热炉中进行加热并保温1～1.5小时；将另外一个加热炉加热到750℃～980℃，将准备好的坯料放入此加热炉中加热并保温20～30分钟。将加热好的坯料和模具同时取出，并迅速将坯料放入模具中，在液压万能试验机上对坯料进行挤压。重复对挤压出的坯料进行表面处理和涂敷玻璃润滑剂、模具型腔涂敷石墨润滑剂，再进行挤压共4～6次。
对挤压后的材料在500℃～750℃进行退火处理，保温1.5～2小时，然后空冷至室温，使其晶粒均匀回复，改善其伪弹性性能，即可获得耐磨TiNi合金材料。
本发明采用等径弯角挤压工艺处理后再进行退火处理，其特点是使试样在经ECAE挤压后经退火处理，使材料发生静态回复，材料晶粒变得更加均匀细小，其伪弹性性能得到提高，最终获得的钛镍合金摩擦材料显示了优良的摩擦学特性，耐磨承载能力明显提高，摩擦系数明显降低。
本发明生产工艺简单，生产成本低，成才率高，并可实现大工件加工。
具体实施例方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1将原料按原子百分比钛为50％，镍为50％配备好，在真空条件下进行熔炼，制成TiNi合金铸锭。将铸锭在800℃退火，保温5小时。将TiNi合金块材线切割成为90mm×9.3mm×9.3mm的坯料并进行表面处理，使坯料表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，然后采用浸涂的方法在坯料表面均匀涂敷玻璃防护润滑剂，涂层厚度约为0.2mm。
采用等径弯角挤压模具，模具的挤压通道转角为90°。用丙酮对模具型腔进行清洗后均匀涂敷石墨润滑剂，然后将涂好石墨润滑剂的模具放在400℃的加热炉中进行加热，达到温度后保温1.5小时；将另外一个加热炉加热到750℃，将准备好的坯料放入此加热炉中，待温度升到750℃后，保温30分钟。将加热好的坯料和模具同时取出，然后迅速将坯料放入模具中，在压力机上立即进行挤压。待挤压出来的坯料空冷至室温后，再重复前次挤压步骤进行4次挤压，待试样冷却至室温后在500℃进行退火处理，保温时间2小时后空冷，即可获得耐磨TiNi合金材料。
对经ECAE挤压及热处理后的TiNi合金材料进行摩擦磨损试验，在M-2000环块式磨损试验计上进行，对摩件为GCr15钢。结果表明经ECAE挤压及热处理后的TiNi合金材料比未经处理的TiNi合金的磨擦系数降低，耐磨性能提高。
实施例2将原料按原子百分比钛为48％，镍为52％配备好，在真空条件下进行熔炼，制成TiNi合金铸锭。将铸锭在850℃退火，保温4.5小时。将TiNi合金块材线切割成为90mm×9.3mm×9.3mm的坯料，坯料表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，并采用浸涂的方法在坯料表面均匀涂敷玻璃防护润滑剂，涂层厚度约为0.3mm。
采用等径弯角挤压模具，模具的挤压通道转角为90°。用丙酮对模具型腔进行清洗后均匀涂敷石墨润滑剂，然后将涂好石墨润滑剂的模具放在450℃的加热炉中进行加热，达到温度后保温1小时；将另外一个加热炉加热到850℃，将准备好的坯料放入此加热炉中，待温度升到850℃后，保温25分钟。将加热好的坯料和模具同时取出，然后迅速将坯料放入模具中，在压力机上立即进行挤压，待挤压出来的坯料空冷至室温后，再重复前次挤压步骤进行5次挤压，待试样冷却至室温后在600℃进行退火处理，保温时间100分钟然后空冷，即可获得耐磨TiNi合金材料。
对经挤压及热处理后的TiNi合金材料进行摩擦磨损试验，在M-2000环块式磨损试验计上进行，对摩件为GCr15钢。结果表明经ECAE挤压及热处理后的TiNi合金材料比未经处理的TiNi合金的磨擦系数降低，耐磨性能提高。
实施例3将原料按原子百分比钛为45％，镍为55％配备好，在真空条件下进行熔炼，制成TiNi合金铸锭。将铸锭在900℃退火，保温4小时。将TiNi合金块材线切割成为90mm×9.3mm×9.3mm的坯料，坯料表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，并采用浸涂的方法在坯料表面均匀涂敷玻璃防护润滑剂，涂层厚度约为0.4mm。
采用等径弯角挤压模具，模具的挤压通道转角为90°。用丙酮对模具型腔进行清洗后均匀涂敷石墨润滑剂，然后将涂好石墨润滑剂的模具放在500℃的加热炉中进行加热，达到温度后保温1小时；将准备好的坯料放入另外一个加热到980℃的加热炉中，待温度升到980℃后，保温20分钟。将加热好的坯料和模具同时取出，然后迅速将坯料放入模具中，在压力机上立即进行挤压，待挤压出来的坯料空冷至室温后，再重复前次挤压步骤进行6次挤压，待试样冷却至室温后在750℃进行退火处理，保温时间90分钟然后空冷，即可获得耐磨TiNi合金材料。
对经挤压及热处理后的TiNi合金材料进行摩擦磨损试验，在M-2000环块式磨损试验计上进行，对摩件为GCr15钢。结果表明经ECAE挤压及热处理后的TiNi合金材料比未经处理的TiNi合金的磨擦系数降低，耐磨性能提高。
权利要求
1.一种高耐磨性钛镍合金材料的制备方法，其特征在于将原子百分比为45％～52％的钛，48％～55％的镍，在真空条件下熔炼，制成钛镍基合金铸锭，将铸锭在800℃～900℃退火，保温4～5小时，然后切割成坯料并进行表面处理，使坯料表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm，然后在坯料表面均匀涂敷玻璃防护润滑剂，涂层厚度为0.2～0.4mm；采用挤压通道角度为90°的模具，用丙酮对模具型腔进行清洗后均匀涂敷石墨润滑剂，然后将模具放在400℃～500℃的加热炉中加热并保温1～1.5小时，将另外一个加热炉加热到750℃～980℃，将准备好的坯料放入此加热炉中加热并保温20～30分钟，然后将加热好的坯料和模具同时取出，并迅速将坯料放入模具中，在液压万能试验机上对坯料进行挤压，重复对挤压出的坯料进行表面处理和涂敷玻璃润滑剂、模具型腔涂敷石墨润滑剂，再进行挤压共4～6次；对经挤压后的材料在500℃～750℃进行退火处理，保温1～1.5小时后空冷至室温，即获得耐磨钛镍合金材料。
全文摘要
本发明涉及一种高耐磨性钛镍合金材料的制备方法，将原子百分比为45％～52％的钛，48％～55％的镍，在真空条件下熔炼，制成钛镍基合金铸锭，表面处理后涂敷玻璃润滑剂。采用挤压通道角度为90°的挤压模具，模具型腔表面涂敷石墨润滑剂。将坯料、模具分别加热保温，并同时从加热炉中取出进行等径弯角挤压；对挤压处理后的材料进行退火处理，使材料产生静态回复，晶粒均匀细化，最终获得摩擦学性能良好的钛镍合金块材。本发明所制备的耐磨材料显示了优良的摩擦学特性，耐磨承载能力明显提高，摩擦系数明显降低。
文档编号C22F1/18GK1718800SQ20051002758
公开日2006年1月11日 申请日期2005年7月7日 优先权日2005年7月7日
发明者程先华, 向国权 申请人:上海交通大学