专利名称：一种碳化钛增强镍钛记忆合金复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及复合材料制备领域，具体是指一种碳化钛/镍钛形状记忆合金复合材料及其制备方法。 (—)背景技术复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料 的组分材料虽然保持其相对独立性，但复合材料的性能却不是组分材料性能的简单加和，而是有着重要 的改进。在复合材料中通常有一相为连续相，成为基体。另一相位分散相，称为增强材料。分散相是以 独立的形态分布在整个连续相中，两相之间存在着相界面。近等原子比的Nm合金，在高温B2立方相和低温B19'相之间表示出热弹性马氏体相变，这种相 变使得这种合金具有超弹性和形状记忆效应。与其它形状记忆合金相比，NiTi合金具有形状记忆效应 优异，疲劳性能好，耐腐蚀以及良好的生物相容性，在医学、仪器仪表、航空航天以及日常生活等领域 获得了广泛的应用。NiTi合金相变温度容易调节到人体范围内，因而在医学领域中的应用尤其活跃。然而，近等原子比NiTi合金的屈服强度不够大，回复应力较小，在有些场合应用不够理想；此外， 对NiTi形状记忆合金的耐磨性，许多应用场合也提出了较高的要求。这都需要进一歩强化NiTi形状记 忆合金，提高其屈服强度和硬度。本文应用制造金属基复合材料的原理，釆用TiC颗料增强N汀i形状记 忆合金，形成TiC/Nm复合材料，可彻底提高形状记忆合金的力学性能。现有制备TiC/NiTi复合材料的工艺一般为TiC和NiTi粉末混合烧结，或者TiC、 Ni和Ti粉的混合 烧结。这两种方法的主要缺点在亍TiC粉末表面污染造成的TiC与NiTi的结合强度问题，而且由于在高 温卜TiC与NiTi之间的原子扩散，容易造成NiTi失去可逆马氏体相变效应，而降低复合材料的性能。
发明内容本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的缺陷，提供一种TiC/NiTi复合材料及其制备方法， 该方法通过对TiC中Ti、 C之间原子比的优化设计，减小甚至抑制TiC和NiTi在高温下存在的扩散或反 应所造成的负面影响，并且在制备过程中，原位形成TiC和NiTi来克服其缺点，从而改进复合效果，进 一步提高复合材料的性能。同时由于该方法所需工艺简单，从而大大降低TiC/NiTi复合材料的成本，有 利于推广应用。本发明所述的一种TiC/NiTi复合材料的制备方法，包括如下步骤和工艺条件(1) 以钛粉、镍粉和碳粉为原料，钛粉、镍粉和碳粉的摩尔比范围为2: ]: 1~2.5: 1: 1;(2) 将配比好的原料钛粉、镍粉和碳粉球磨混合均匀；(3) 加入占钛粉、镍粉和碳粉总重量的40~90%的混合盐，球磨均匀，制成坯体；(4) 将上述坯体进行熔盐处理，得到碳化钛/镍钛复合粉体；(5) 将上述碳化钛/镍钛复合粉体预压成型然后在真空卜-进行热压烧结。 本发明所述的一种TiC/NiTi复合材料的制备方法，其进一步特征在于，坯体制备方法是粉料屮加入重量比为40 90%的混合盐后，装入球磨机球磨罐中，球料比为20: 1，将球磨罐抽真空至1~10—￥a 并充入氩气，氩气压力控制在0.9~1.2xl05Pa的范围，球磨机转速控制在200转/分，球磨1小时，在 2 6MPa压力下压制成坯体；熔盐处理过程为将坯体放入600 130(TC熔盐中，保温10-120分钟，粉 料在熔盐中发生化学反应，冷却后经过脱盐过程，得到碳化钛/镍钛复合粉体；脱盐处理过程是将反应 冷却后载有TiC/MTi复合粉体的混合盐放入5倍盐重量的水中浸泡10-15小时，混合盐100%溶解-丁-水 中后，过滤出TiC/NiTi复合粉体；热压r:艺过程是将TiC/N汀i复合粉体放入模具，置于真空热压烧结 炉中，抽真空至10—2~l(T3Pa,开始升温，升温至800~1600°C，加压至20~100MPa，保温60 240分钟， 冷却后脱模得到TiC/NiTi复合材料。与现有技术相比，本发明的主要优点是 (1)工艺简争-，成本低。3(2) TiC和NiTi均为原位形成，二者之间的界面洁净，结合强度好。(3) 产物中的NiTi相具有明显的可逆马氏体相变特征。 具体实施方式
F面结合具体实例，进一步说明本发明的细节。 实施例1:按原子配比2: 1: l取200目的禾HTi、 Ni和C粉各4.6022， 2.8206和0.5772克，共配料8克，加 入5.3333克等摩尔比的NaCl和KC1混合盐，混合后放入球磨机不锈钢钢罐中，将钢罐用橡胶圈密封后， 抽真空至lPa充入氩气，压力为0.9xl05Pa，球料比为20: 1,控制球磨机转速为200转/分，球磨1小时 后，在模具中用3MPa的轴向压力下压制成中30mm的坯体，将坯体放入75(TC等摩尔比的NaCl和KC1 混合瑢融盐中保温30分钟，将反应冷却后载有TiC/NiTi粉体的混合盐放入5倍盐重量的水中浸泡15小 时，混合盐100%溶解于水中后，过滤出TiC/NiTi粉体，将TiC/NiTi粉体用去离子水反复冲洗后烘干， 将烘干后的TiC/NiTi复合粉体加入模具中，放入真空热压烧结炉中，抽真空至10—2Pa，加热升温至1200 'C，保温60分钟，冷却后脱模得到TiC/NiTi复合材料，经X射线衍射仪测定该复合材料由TiC和NiTi 两相组成，经示差扫描量热仪测定该复合材料中的NiTi相具有明显的可逆马氏体相变特征。实施例2:按原子配比2.5: 1: 1取200目的和Ti、 Ni和C粉各5.0294， 2.4660和0.5046克，共配料8克， 加入5.3333克等摩尔比的NaCl和KC1混合盐，混合后放入球磨机不锈钢钢罐中，将钢罐用橡胶圈密封 后，抽真空至lPa充入氩气，压力为l.lxlo5Pa，球料比为20: 1，控制球磨机转速为200转/分，球磨
小时后，在模具中用3MPa的轴向压力下压制成中30mm的坯体，将坯体放入850'C等摩尔比的NaCl 和KC1混合熔融盐中保温60分钟，将反应冷却后载有TiC/NiTi粉体的混合盐放入5倍盐重量的水中浸 泡15小时，混合盐100%溶解于水中后，过滤出TiC/NiTi粉体，将TiC/NiTi粉体用去离子水反复冲洗 后烘干，将烘干后的TiC/NiTi复合粉体加入模具中，放入真空热压烧结炉中，抽真空至10^Pa,加热升 温至1300'C，保温120分钟，冷却后脱模得到TiC/NiTi复合材料，经X射线衍射仪测定该复合材料由 TiC和NiTi两相组成，经示差扫描量热仪测定该复合材料中的NiTi相具有明显的可逆马氏体相变特征。
权利要求
1. 一种碳化钛增强镍钛形状记忆合金复合材料，其特征在于这种材料是以镍钛形状记忆合金为基体，加入一定量的碳化钛形成的复合材料。
2. 按照权利要求l的所述的碳化钛增强镍钛形状记忆合金材料，其特征在于所述的碳化钛重量百分比为 10~50%，镍钛形状记忆合金重量百分比为50~卯％。
3. —种制备碳化钛增强镍钛形状记忆合金复合材料的方法，其特征在于，制备的步骤为(1) 以钛粉、镍粉和碳粉为原料，钛粉、镍粉和碳粉的摩尔比范围为2: 1: 1~2.5: 1: 1;(2) 将配比好的原料钛粉、镍粉和碳粉球磨混合均勾；(3) 加入占钛粉、镍粉和碳粉总重量的40~90%的混合盐，球磨均匀，制成坯体；(4) 将上述坯体进行熔盐处理后再经脱盐处理，得到碳化钛/镍钛复合粉体； (5 ) 将上述碳化钛/镍钛复合粉体预压成型然后在真空-卜进行热压烧结。
4. 按权利要求3所述的制备方法，其特征在于-,坯体的制备方法为粉料中加入重量比为40~90%的混 合盐后，装入球磨机球磨罐中，球料比为20: 1，将球磨罐抽真空至1 10—ipa并充入氩气，氩气压力 控制在0.9~1.2xl05Pa的范围，球磨机转速控制在200转/分，球磨1小时，在2 6MPa压力下压制成坯体。
5. 按权利要求3所述的制备方法，其特征在于，熔盐处理过程为将坯体放入600 130(TC熔盐中，保温 10~120分钟，粉料在熔盐中发生化学反应，冷却后经过脱盐过程，得到碳化钛/镍钛复合粉体；
6. 按权利要求3所述的制备方法，其特征在于，脱盐处理过程是将反应冷却后载有碳化钛/镍钛复合粉 体的混合盐放入5倍盐重量的水中浸泡10-15小时，混合盐100%溶解于水中后，过滤出碳化钛/镍钛 复合粉体；
7. 按权利要求3所述的制备方法，其特征在于，热压工艺过程是将碳化钛/镍钛复合粉体放入石墨模具 中，抽真空至10—2~10—3Pa，开始升温，升温至800 160(TC，加压至20 100MPa，保温60-240分钟，冷却后脱模得到碳化钛/镍钛复合材料。
全文摘要
本发明公开了一种碳化钛/镍钛形状记忆合金复合材料制备方法，其主要工艺过程是按化学计量取Ti、Ni和C粉料混合均匀，加入占粉料总重量40～90％的盐，装入球磨机钢罐中，将球磨罐抽真空并充入氩气，球磨机转速为200转/分，球料比为20∶1，球磨1小时，将粉料压制成坯体放入600～1300℃的熔盐中，保温10～120分钟，冷却后经过脱盐工艺，得到TiC/NiTi复合粉体，将TiC/NiTi复合粉体放入模具置于真空热压烧结炉中，抽真空至10<sup>-2</sup>～10<sup>-3</sup>Pa，开始升温，升温至800～1600℃，加压至20～100MPa，保温60～240分钟，冷却后脱模得到TiC/NiTi复合材料。本发明的主要特点是(1)工艺简单，成本低，(2)TiC和NiTi均为原位形成，二者之间的界面洁净，结合强度好，(3)产物中的NiTi相具有明显的可逆马氏体相变特征。
文档编号B22F9/02GK101280399SQ200710096240
公开日2008年10月8日 申请日期2007年4月3日 优先权日2007年4月3日
发明者崔立山, 杨瑞嵩, 郑雁军 申请人:中国石油大学(北京)