本發(fā)明涉及形狀記憶合金材料領(lǐng)域，具體涉及一種高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
形狀記憶合金由于其特殊的性能已獲得廣泛應(yīng)用。中國發(fā)明專利CN104060126A提出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(diǎn)。
中國發(fā)明專利CN102864360A提出了一種性形狀記憶合金，所述合金的各組成原百分量為鎳45-55at，0-10at，鈦25-35at，5-15at。本發(fā)明的合金具有性形狀記憶效應(yīng)。
中國發(fā)明專利CN102864341A提出了一種超彈性合金材料，所述合金材料的各組成按原子百分含量為鎳45-55at％，鐵0-10at％，鈦25-35at％，鈷5-15at％。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。其制備方法包括以下步驟：1)、選取純度≥99.9％的鎳，純度≥99.99％鈷，純度≥99.9％的鐵，純度≥99.9％的鈦，將上述材料按照原子百分含量配料，然后放入熔煉爐中并抽真空至2.0×10-4Pa，再充入氬氣，反復(fù)熔煉后用模具冷卻吸鑄得到合金毛坯；2)、將1)中得到的合金毛坯密封，抽真空至5.0×10-5Pa，在1000℃下保溫72小時(shí)，然后冷卻至室溫得到超彈性合金材料。
技術(shù)實(shí)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)問題是提供了一種高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金。
本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供了一種高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金的制備方法。
本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供了一種高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳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(huì)斷裂，而本發(fā)明采用磁控濺射的方法，制備含有獨(dú)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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金，該合金由鈦、鎳、銅、錳、鎢元素構(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50-60%、鎳的原子百分比含量為30-38%；銅的原子百分比含量為6-10%；錳的原子百分比含量為1-4%；余量為鎢。
作為優(yōu)選，上述高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金的厚度為2-50微米。
作為優(yōu)選，上述高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系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，上述高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金中的Ti2Cu與Ti2Ni相的尺寸小于500納米。
上述的高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系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(jìn)行濺射沉積，控制厚度為2-50微米得到薄膜狀的形狀記憶合金；
3）對(duì)步驟2）得到的形狀記憶合金進(jìn)行退火熱處理。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金的制備方法，其特征在于，所述退火熱處理溫度為650-720攝氏度得到高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金。
上述的含鈮形狀記憶合金工業(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(diǎn)：采用本發(fā)明的方法可以制備高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金，循環(huán)次數(shù)高達(dá)幾千萬次以上，遠(yuǎn)高于當(dāng)前合金的幾千次。這是因?yàn)槟壳按蠖鄶?shù)形狀記憶合金在兩種晶格狀態(tài)下轉(zhuǎn)變時(shí)，兩相之間的轉(zhuǎn)換不完全，在金屬高溫相（奧氏體）中會(huì)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(huì)出現(xiàn)裂紋，最終會(huì)導(dǎo)致合金斷裂。在本發(fā)明中，會(huì)形成的納米相Ti2Cu相與Ti2Ni相，其尺寸在500納米以下。當(dāng)Ti2Cu相在B2與B19兩種結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換時(shí)，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(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的舉例說明。
實(shí)施例1：高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金的制備
1、按照鈦：鎳：銅：錳：鎢的原子比為50：38：8：2：2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(jìn)行濺射沉積，控制厚度為12微米；
3、對(duì)以上合金進(jìn)行退火熱處理，溫度為650攝氏度得到高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金。
對(duì)高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金進(jìn)行循環(huán)壽命測試，樣品進(jìn)行2千萬次測試后，仍未斷裂。
實(shí)施例2：高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金的制備
1.按照鈦：鎳：銅：錳：鎢的原子比為60：30：6：3：1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(jìn)行濺射沉積，控制厚度為32微米；
3.對(duì)以上合金進(jìn)行退火熱處理，溫度為680攝氏度得到高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金。
對(duì)高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金進(jìn)行循環(huán)壽命測試，樣品進(jìn)行2千萬次測試后，仍未斷裂。
實(shí)施例3：高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金的制備
1.按照鈦：鎳：銅：錳：鎢的原子比為52：38：8：1：1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(jìn)行濺射沉積，控制厚度為47微米；
3.對(duì)以上合金進(jìn)行退火熱處理，溫度為720攝氏度得到高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金。
對(duì)高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金進(jìn)行循環(huán)壽命測試，樣品進(jìn)行2千萬次測試后，仍未斷裂。
實(shí)施例4 高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金的制備
1.按照鈦：鎳：銅：錳：鎢的原子比為55：31：10：2：2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65%，開始進(jìn)行濺射沉積，控制厚度為2微米；
3.對(duì)以上合金進(jìn)行退火熱處理，溫度為685攝氏度得到高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金。
對(duì)高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金進(jìn)行循環(huán)壽命測試，樣品進(jìn)行2千萬次測試后，仍未斷裂。
實(shí)施例5高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金的制備
1.按照鈦：鎳：銅：錳：鎢的原子比為54：34：7：4：1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(jìn)行濺射沉積，控制厚度為50微米；
3.對(duì)以上合金進(jìn)行退火熱處理，溫度為690攝氏度得到高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金。
對(duì)高循環(huán)次數(shù)的鈦鎳系形狀記憶合金進(jìn)行循環(huán)壽命測試，樣品進(jìn)行2千萬次測試后，仍未斷裂。
對(duì)比例1
實(shí)驗(yàn)例：
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(jìn)行熱處理:在500度進(jìn)行時(shí)效2小時(shí)，然后在450度時(shí)效5小時(shí)；
4.冷卻，由此得到形狀記憶合金。
檢測結(jié)果：進(jìn)行循環(huán)壽命測試，樣品進(jìn)行8636次測試斷裂。
本發(fā)明實(shí)施例1～5制備得到的含鈮形狀記憶合金合金和對(duì)比例1的普通合金進(jìn)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(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)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(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。