Ti-Ni基形狀記憶合金薄帶及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種形狀記憶合金材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著機(jī)械、電子及高端裝備制造技術(shù)的發(fā)展，儀器設(shè)備的精密化、小（微）型化已 成為重要發(fā)展方向，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器及信號(hào)處理和控制電路等于一體 的微機(jī)電系統(tǒng)（MEM巧就是其中之一。研制MEMS急需微執(zhí)行器材料，并要求該材料具有較大 的單位體積輸出功和輸出應(yīng)變。目前，微執(zhí)行器材料主要包括Ti-Ni基形狀記憶薄帶（膜）、 壓電材料和磁致伸縮材料等。Ti-Ni合金具有優(yōu)異的形狀記憶效應(yīng)、超彈性、高阻巧性、耐腐 蝕和耐磨性，與壓電材料和磁致伸縮材料相比，Ti-Ni基形狀記憶合金薄帶（膜）作微執(zhí)行 器材料具有單位體積輸出功和輸出位移大，電阻率大，驅(qū)動(dòng)電壓低，可通過微電流加熱其輸 出應(yīng)力和應(yīng)變，方便控制，薄帶材料對(duì)信號(hào)的響應(yīng)速率高等優(yōu)勢(shì)。
[0003] 烙體快澤法是在真空狀態(tài)下將烙融合金在一定壓力下注射到高速旋轉(zhuǎn)的水冷銅 漉上，使其在極大的過冷度下凝固，獲得具有超細(xì)結(jié)構(gòu)的非平衡組織薄帶的方法。該方法冷 速極高，所得薄帶的晶粒尺寸可達(dá)納米級(jí)或非晶態(tài)，得到與一般非平衡冷卻合金完全不同 的性能。烙體快澤法分為單漉甩帶法、平面流鑄法和雙漉法，單漉甩帶法在實(shí)驗(yàn)研究中最為 常用。
[0004] 我們前期研究發(fā)現(xiàn)，在Ti-Ni形狀記憶合金中加入&元素后，能降低相變溫度，改 善形狀記憶性能，使合金在室溫下呈超彈性特性，所研制的Ti-50. 8Ni-0. 3化合金具有優(yōu) 異的形狀記憶效應(yīng)和室溫超彈性。用烙體快澤法將Ti-Ni-&合金制成薄帶后，由于組織細(xì) 化，預(yù)期會(huì)進(jìn)一步改善其形狀記憶行為，成為微執(zhí)行器的理想材料，對(duì)此，目前尚無公開報(bào) 道。因此，用單漉甩帶法研制Ti-50. 8Ni-x化(X = 0~1. 5%原子分?jǐn)?shù)）形狀記憶合金薄 帶，對(duì)于開發(fā)微驅(qū)動(dòng)器、微儲(chǔ)能器、微阻巧器和微彈性元件用形狀記憶合金薄帶具有重要意 義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種能降低相變溫度，改善形狀記憶效應(yīng)和超彈性的Ti-Ni 基形狀記憶合金材料及制備方法。
[0006] 為達(dá)到W上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予W實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 一種Ti-Ni基形狀記憶合金薄帶，其特征在于，按原子量百分比，包含50. 8%的 Ni，0~1.5%的Cr，余量為Ti。
[000引上述Ti-Ni基形狀記憶合金薄帶的優(yōu)選組成是，按原子量百分比，包含50. 8%的 Ni，0. 3 ~0. 5%的 Cr，余量為 Ti。
[0009] 一種Ti-Ni基形狀記憶合金薄帶的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：
[0010] (1)按原子量百分比，Ni為50. 8%，Cr為0. 3~0. 5%，余量為Ti稱量
[0011] (2)將稱好的各組份放入烙煉甩帶爐的烙煉室中抽真空；
[001引 （3)抽真空結(jié)束后，向烙煉室充入氣氣，在氣氣保護(hù)下，利用鶴極氣弧烙煉法將各 組份烙化，并快速攬拌，使烙融態(tài)的合金液各組分充分混合，然后將合金液冷卻成鑄錠，再 在烙煉室內(nèi)用料勺將鑄錠反復(fù)翻轉(zhuǎn)烙煉不少于6次；
[0013] (4)將烙煉好的合金鑄塊切碎，放于底端帶孔的石英管內(nèi)；打開烙煉甩帶爐的甩 帶室，將石英管置于甩帶室的高頻感應(yīng)加熱線圈內(nèi)，調(diào)節(jié)石英管下端與銅漉的距離，封閉甩 帶室，進(jìn)行抽真空；
[0014] (5)抽真空結(jié)束后，向甩帶室中充入氣氣，在氣氣保護(hù)下，利用高頻感應(yīng)將石英管 中的合金鑄塊加熱至烙化，停止氣氣充入，合金烙液在自重和氣氣壓力作用下，從石英管下 端的孔中噴射到轉(zhuǎn)動(dòng)的銅漉上，形成合金薄帶；
[0015] (6)將合金薄帶進(jìn)行熱處理。
[0016] 上述方法中，步驟（1)所述的Ti、Ni和&分別采用市售海綿Ti、電解Ni和純& 粒。
[0017] 步驟似所述的抽真空，真空度為9.0Xl〇-4Pa。
[0018] 步驟（3)所述的氣氣充入烙煉室，要保持室內(nèi)壓強(qiáng)為0. 05Mpa。
[0019] 步驟（4)所述的石英管下端與銅漉的距離為3~5mm。所述抽真空，真空度為 8. OXl〇-4pa。
[0020] 步驟（5)所述的氣氣充入甩帶室，要保持室內(nèi)壓強(qiáng)為0. 05MPa。所述銅漉的轉(zhuǎn)速為 12m/s。
[0021] 步驟（6)所述的熱處理溫度為400~600°C，保溫時(shí)間為30~60min。
[0022] 本發(fā)明利用X射線衍射儀狂RD)、掃描電子顯微鏡（SEM)、示差掃描熱分析儀值SC) 等儀器和形狀記憶效應(yīng)彎曲試驗(yàn)方法，分析、測(cè)試了不同成分配比Ti-Ni基合金薄帶的相 組成、顯微組織、相變行為、形狀記憶效應(yīng)和超彈性，通過綜合評(píng)定，得出Ti-50. 8Ni-x&(x =0. 3~0. 5% )合金薄帶的組織性能較佳，具體表現(xiàn)為：合金薄帶具有優(yōu)異的形狀記憶效 應(yīng)，相變溫度低，室溫組織由母相B2組成，室溫下呈現(xiàn)優(yōu)異的超彈性；制備工藝簡單，易于 操作，適合推廣。
【附圖說明】
[0023] 圖1是實(shí)施例1鑄態(tài)的X畑衍射譜圖。
[0024] 圖2是實(shí)施例1在550°C退火態(tài)的X畑衍射譜圖。
[0025] 圖3是實(shí)施例2在550°C退火態(tài)的X畑衍射譜圖。
[0026] 圖4是實(shí)施例3在550°C退火態(tài)的X畑衍射譜。
[0027] 圖5是實(shí)施例1鑄態(tài)的沈M顯微組織照片。
[002引圖6是實(shí)施例2鑄態(tài)的SEM顯微組織照片。
[0029] 圖7是實(shí)施例3在450°C退火態(tài)的SEM顯微照片。
[0030] 圖8是實(shí)施例1在550°C退火態(tài)的DSC曲線。其中，R峰為母相B2 - R相變峰，M 峰為R - M(馬氏體）相變峰，化峰為M - B2相變峰。
[003U 圖9是實(shí)施例2在550°C退火態(tài)的DSC曲線。其中，R、M、化峰的意義同圖8,化 峰為R - B2相變峰。
[003引圖10是實(shí)施例3在550°C退火態(tài)的DSC曲線，其中，R、M、化、化峰的意義同圖9。
[0033] 圖11是實(shí)施例1在550°C退火態(tài)的形狀記憶行為測(cè)試照片。其中；（a)為原形； 化）為在液氮中加載后變形；（C)為在熱水中恢復(fù)原形。
[0034] 圖12是實(shí)施例2在550°C退火態(tài)形狀記憶行為測(cè)試照片。其中；(a)為原形；化） 為在液氮中加載后變形；（C)為在熱水中恢復(fù)原形。
[0035] 圖13是實(shí)施例3在550°C退火態(tài)形狀記憶行為測(cè)試照