本发明属于航空航天和土木工程以及生物医疗领域,具体涉及一种直流电热处理的niti合金超大变形实现及其超弹性修复方法。
背景技术:
1、niti合金具有卓越的超弹性以及形状记忆特性,已被广泛应用生物医学、航空航天以及建筑工程领域,而纳米晶、超细晶niti形状记忆合金拥有比传统粗晶niti合金更加优越的功能特性和非功能机械性能,其超弹性的调控是目前该领域的重要问题。如在niti合金心血管支架制造过程中,经常发生由于塑性变形累积而导致其结构疲劳过早失效,而严重塑性变形则会直接影响心血管支架服役寿命。在塑性变形下niti超弹性均会出现不同程度的劣化,而直接更换原件往往需要更大的成本,因此在niti合金大塑性变形下进行超弹性的调控成为限制其应用场景的主要因素。
2、目前niti合金超弹性的调控主要有两方面,即热处理时效强化超弹性循环稳定性以及循环变形后的超弹性修复。目前主要采用炉内热处理,这种方法虽然可以有效调控超弹性,但加热炉设备较大,耗时很长,尤其不适用于医疗手术niti合金血管支架安装的实时形状调整。另外值得一提的是,在制造niti合金心血管支架过程中,如何能够实现大变形下的niti合金材料超弹性调控目前仍是一个棘手的问题。
3、专利文献cn 116356231(一种调控镍钛合金析出行为的热处理方法)公开了一种通过不同材料包覆niti合金进行时效,从而实现了调控镍钛合金析出行为,主要涉及包覆材料元素的扩散现象。但该方法并没有对塑性变形后的niti合金超弹性低温时效。专利文献cn 117026115(利用直流电修复纳米晶镍钛合金功能疲劳的处理方法)公开了一种通过直流电修复循环变形后的niti合金超弹性,该方法主要针对小循环变形(7%)的niti合金进行超弹性调控,而对涉及超大塑性变形(>10%)的niti合金超弹性调控尚未研究。
4、因此,亟需一种新的方法有望解决超大塑性变形后niti合金超弹性的调控。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种直流电热处理的niti合金超大变形实现及其超弹性修复方法,目的是结合实际应用场景通过多步处理获得一种具有超大塑性变形的超弹性niti合金,以便突破其制造工艺瓶颈以及改善其服役性能,减少制造成本,实现加工形状与超弹性性能的兼顾。采用的技术方案如下:
2、一种直流电热处理的niti合金超大变形实现及其超弹性修复方法,包括以下步骤:
3、步骤s1、对niti合金试样进行直流电热退火处理;
4、步骤s2、对退火处理后的niti合金试样进行多步拉伸以获取超大塑性变形;
5、步骤s3、对步骤s2中获取的niti合金试样进行直流电热低温处理;
6、步骤s4、对步骤s3中获取的niti合金试样进行超弹性测试。
7、优选地,步骤s2具体包括以下步骤:
8、步骤s2a、对niti合金试样进行第一次拉伸,第一残余变形形成后进行第一次直流电处理;
9、步骤s2b、对niti合金试样进行第二次拉伸,第二残余变形形成后第二次直流电处理;
10、步骤s2c、对niti合金试样进行第三次拉伸,第三残余变形形成后第三次直流电处理。
11、优选地,步骤s2a具体包括以下步骤:
12、首先,在单向拉伸试验机上进行第一次准静态拉伸实验;
13、第一次拉伸结束后,卸载至应力为零,niti合金试样最终产生的第一残余形变>60%;
14、之后,取下niti合金试样,对其进行直流电热退火处理。
15、优选地,第一残余变形>60%;第二残余变形>110%;第三残余变形>160%。
16、优选地,步骤s2中,在应变速率为1×10-4/s进行准静态拉伸,以应变速率为1×10-4/s卸载至应力为零。
17、优选地,步骤s2的直流电处理中的通电参数为5a,处理时间为100s;步骤s3的直流电热低温处理中的通电参数为3a,处理时间为600s。
18、优选地,在步骤s1中,所述niti合金试样为直径0.3mm-3mm、长度60mm-80mm、初始晶粒尺寸为超细晶的niti合金丝.
19、与现有技术相比,本发明的优点为:
20、1、通过多步直流电流处理获得了具有超大塑性变形(160%)的超弹性niti合金材料、通过直流电低温时效可以有效调控超大塑性变形的niti合金超弹性。
21、通过单向拉伸试验机测试超弹性性能,其上应力平台恢复为原始的90%,发现超大变形的niti合金材料其超弹性指标在误差范围内与原始性能几乎一致。即通过本方法获得具有160%超大变形niti合金的同时也修复了超弹性,其上平台应力恢复90%。
22、2、本发明实现了一种通过简单直流电处理可短时获得大变形能力的niti合金。而直流电源箱积小,易操作,输出功率稳定。而且具有大变形能力的niti合金超弹性亦可通过直流电进行调控。
23、3、现有技术未能突破niti合金成形能力,其断裂延伸率多在10-15%之间,本发明通过多步直流电处理可以实现高达160%的niti合金材料,这对于传统成形将具有重大工程意义。
24、4、现有低温时效技术多采用热炉时效,时间长,操作不方便,并且传统热炉处理后其变形能力并没有得到明显提升。本发明通过直流电低温时效,大大缩短时效时间,并且其超弹性调控能力得到非常明显的改善,通过该方法成功获得了具有超大变形的超弹性niti合金材料。
1.一种直流电热处理的niti合金超大变形实现及其超弹性修复方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的直流电热处理的niti合金超大变形实现及其超弹性修复方法,其特征在于,步骤s2具体包括以下步骤:
3.根据权利要求2所述的直流电热处理的niti合金超大变形实现及其超弹性修复方法,其特征在于,步骤s2a具体包括以下步骤:
4.根据权利要求2所述的直流电热处理的niti合金超大变形实现及其超弹性修复方法,其特征在于,第一残余变形>60%;第二残余变形>110%;第三残余变形>160%。
5.根据权利要求2所述的直流电热处理的niti合金超大变形实现及其超弹性修复方法,其特征在于,步骤s2中,在应变速率为1×10-4/s进行准静态拉伸,以应变速率为1×10-4/s卸载至应力为零。
6.根据权利要求1所述的直流电热处理的niti合金超大变形实现及其超弹性修复方法,其特征在于,步骤s2的直流电处理中的通电参数为5a,处理时间为100s;步骤s3的直流电热低温处理中的通电参数为3a,处理时间为600s。
7.根据权利要求1所述的直流电热处理的niti合金超大变形实现及其超弹性修复方法,其特征在于,在步骤s1中,所述niti合金试样为直径0.3mm-3mm、长度60mm-80mm、初始晶粒尺寸为超细晶的niti合金丝。