本發(fā)明涉及形狀記憶合金材料領(lǐng)域，具體涉及一種鎳鈦系形狀記憶合金及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

形狀記憶合金因其具有較高的可恢復(fù)性形變，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療等領(lǐng)域。目前常采用鎳鈦系合金。

中國發(fā)明專利CN 104060126 A揭示了一種鎳鈦系形狀記憶合金，所述的鎳鈦系形狀記憶合金由鎳、鈦、銅、鉻、錳以及鎘六種金屬成分組合而成，所述的鎳鈦系形狀記憶合金中各成分所占重量百分比分別為：所述的鎳占 60.3%-64.9%，所述的鈦占 21.4%-22.5%，所述的銅占7.4%-8.3%，所述的鉻占 2.8%-3.7%，所述的錳占 1.9%-2.7%，所述的鎘占 1.6%-2.5%。由鎳、鈦、銅、鉻、錳以及鎘等六種金屬元素組成，具有記憶恢復(fù)原形、無磁性、耐磨耐蝕、耐高溫、無毒性的特點。

中國發(fā)明專利CN101696481B提出了一種用于微驅(qū)動元件的超高恢復(fù)應(yīng)力Ti-Ni-Cu形狀記憶合金薄膜的制備方法。該發(fā)明解決了現(xiàn)有Ti-Ni-Cu形狀記憶合金薄膜不能滿足微驅(qū)動元件的超高單位體積輸出功的問題。Ti-Ni-Cu形狀記憶合金薄膜由Ti、Cu和Ni組成。該發(fā)明方法如下：洗凈玻璃，抽真空，通氬氣，以鎳、鈦、銅作為陰極采用磁控共濺射法進行沉積，再真空熱處理后隨爐冷卻；即得到Ti-Ni-Cu形狀記憶合金薄膜。該發(fā)明方法制備合金薄膜的晶粒尺寸為50～500nm，厚度為3～10μm，Ti-Ni-Cu形狀記憶合金薄膜具有超高恢復(fù)應(yīng)力(高于1GPa)、快響應(yīng)速度的優(yōu)點；可滿足微驅(qū)動元件的小尺寸、超高驅(qū)動力的要求。

中國發(fā)明專利CN104313395A提出了一種彈性合金，所述合金的各組成按原子百分含量為鎳45-55at％，鐵0-10at％，鈦25-35at％，鈷5-15at％，銅1-3at％，鎢3-5at％及氮1-3at％。該技術(shù)方案的合金材料不僅具有窄滯后超彈性能又能夠保持形狀記憶效應(yīng)的合金材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了提高形狀記憶合金的循環(huán)壽命，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種鎳鈦系形狀記憶合金。

本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供了一種鎳鈦系形狀記憶合金的制備方法。

本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供了一種鎳鈦系形狀記憶合金的應(yīng)用。

常規(guī)的合金材料變形幾千次就會斷裂，而本發(fā)明采用磁控濺射的方法，制備含有獨特成分與顯微結(jié)構(gòu)的合金薄膜材料，能夠?qū)⒃摵辖鸬难h(huán)次數(shù)提高到幾千萬次以上。該合金薄膜的厚度為2-50微米，其顯微結(jié)構(gòu)中包含Ti₂Cu與Ti₂Ni相，它們?yōu)榧{米晶，尺寸小于500納米。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種鎳鈦系形狀記憶合金，該合金由鈦、鎳、銅、鈷、釹元素構(gòu)成。

作為優(yōu)選，按原子百分比包括如下組分：鈦原子百分比含量為45-50%、鎳的原子百分比含量為30-38%；銅的原子百分比含量為10-13%、鈷的原子百分比含量為10-13%、余量為釹。

作為優(yōu)選，上述形狀記憶合金的厚度為2-50微米。

作為優(yōu)選，上述形狀記憶合金的顯微結(jié)構(gòu)中包含Ti₂Cu與Ti₂Ni相。

作為優(yōu)選，上述形狀記憶合金中的Ti₂Cu與Ti₂Ni相的尺寸小于500納米。

上述的形狀記憶合金的制備方法，包括以下步驟：

1）按照上述的合金材料制備靶材；

2）采用磁控濺射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至10^-3Pa以上，充入氬氣，然后再抽真空至10^-3Pa，調(diào)整工作電壓為500V，濺射占空比60-70%，開始進行濺射沉積，控制厚度為2-50微米；

3）對步驟2）得到的形狀記憶合金進行退火熱處理得到形狀記憶合金。

作為優(yōu)選，上述退火熱處理溫度為650-720攝氏度。

上述的形狀記憶合金在工業(yè)控制、醫(yī)療器械等方面的應(yīng)用。

有益效果：本發(fā)明具有以下優(yōu)點：采用本發(fā)明的方法可以制備耐疲勞性能優(yōu)異、高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金，循環(huán)次數(shù)高達幾千萬次以上，遠高于當前合金的幾千次。這是因為目前大多數(shù)形狀記憶合金在兩種晶格狀態(tài)下轉(zhuǎn)變時，兩相之間的轉(zhuǎn)換不完全，在金屬高溫相（奧氏體）中會出現(xiàn)越來越多的低溫相（馬氏體）晶體結(jié)構(gòu)，幾千次就會出現(xiàn)裂紋，最終會導致合金斷裂。在本發(fā)明中，會形成的納米相Ti₂Cu相與Ti₂Ni相，其尺寸在500納米以下。當Ti₂Cu相在B2與B19兩種結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換時，它們之間的轉(zhuǎn)換是完全的，不存在殘留，因此能夠大大提高循環(huán)壽命。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作更進一步的舉例說明。

實施例1：

1、按照鈦：鎳：銅：鈷：釹的原子比為50：34：13：2：1的比例制備靶材；

2、采用磁控濺射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至10^-3Pa以上，充入氬氣，然后再抽真空至10^-3Pa，調(diào)整工作電壓為500V，濺射占空比60%，開始進行濺射沉積，控制厚度為12微米；

3、對以上合金進行退火熱處理，溫度為650攝氏度。

進行循環(huán)壽命測試，樣品進行2千萬次測試后，仍未斷裂。

實施例2：

1.按照鈦：鎳：銅：鈷：釹的原子比為48：30：10：12：2的比例制備靶材；

2.采用磁控濺射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至10^-3Pa以上，充入氬氣，然后再抽真空至10^-3Pa，調(diào)整工作電壓為500V，濺射占空比60%，開始進行濺射沉積，控制厚度為32微米；

3.對以上合金進行退火熱處理，溫度為680攝氏度。

進行循環(huán)壽命測試，樣品進行1千萬次測試后，仍未斷裂。

實施例3：

1.按照鈦：鎳：銅：鈷：釹的原子比為45：38：9：7：1的比例制備靶材；

2.采用磁控濺射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至10^-3Pa以上，充入氬氣，然后再抽真空至10^-3Pa，調(diào)整工作電壓為500V，濺射占空比70%，開始進行濺射沉積，控制厚度為47微米；

3.對以上合金進行退火熱處理，溫度為720攝氏度。

進行循環(huán)壽命測試，樣品進行2千萬次測試后，仍未斷裂。

實施例4

1.按照鈦：鎳：銅：鈷：釹的原子比為47.5：35：11：5.5：1的比例制備靶材；

2.采用磁控濺射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至10^-3Pa以上，充入氬氣，然后再抽真空至10^-3Pa，調(diào)整工作電壓為500V，濺射占空比65%，開始進行濺射沉積，控制厚度為2微米；

3.對以上合金進行退火熱處理，溫度為685攝氏度。

進行循環(huán)壽命測試，樣品進行2千萬次測試后，仍未斷裂。

實施例5

1.按照鈦：鎳：銅：鈷：釹的原子比為47：36：12：4：1的比例制備靶材；

2.采用磁控濺射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至10^-3Pa以上，充入氬氣，然后再抽真空至10^-3Pa，調(diào)整工作電壓為500V，濺射占空比67%，開始進行濺射沉積，控制厚度為50微米；

3.對以上合金進行退火熱處理，溫度為690攝氏度。

進行循環(huán)壽命測試，樣品進行2千萬次測試后，仍未斷裂。

對比例1

1、按照1at%錳、0.4at%釹、51at%鈦、44at%鎳、3.6at%鐵的比例配置原料；

2、將原料混合均勻，放入非自耗真空電弧爐內(nèi)，抽真空到5*10-4Pa, 充入高純氬氣，然后熔煉5次；

3、在真空熱處理爐中進行熱處理:在500度進行時效2小時，然后在450度時效5小時。

4、冷卻，由此得到形狀記憶合金。

檢測結(jié)果：進行循環(huán)壽命測試，樣品進行8636次測試斷裂。

本發(fā)明實施例1～5制備得到的含鈮形狀記憶合金合金和對比例1的普通合金進行1000次形變后的記憶回復(fù)率

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。