一種含鈮形狀記憶合金及其制備方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種含鈮形狀記憶合金，該合金由鈦、鎳、銅、鈮、釔元素構(gòu)成；按原子百分比包括如下組分：鈦原子百分比含量為45?52%、鎳的原子百分比含量為40?44%；銅的原子百分比含量為5?10%；鈮的原子比含量為1?2%；余量為釔。然后采用磁控濺射的方法制備薄膜合金，再經(jīng)過(guò)熱處理而成。該合金內(nèi)包含納米Ti2Cu與Ti2Ni相，循環(huán)壽命高。
【專利說(shuō)明】
-種含能形狀巧憶合金及其制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及形狀記憶合金材料領(lǐng)域，具體設(shè)及一種含妮形狀記憶合金及其制備方 法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 形狀記憶合金因其具有較高的可恢復(fù)性形變，已成為一種重要的功能材料。中國(guó) 發(fā)明專利CN103741003A設(shè)及一種新型高溫磁性形狀記憶合金及其制備方法，具體是指新型 高溫磁性形狀記憶合金及其制備方法。該發(fā)明合金制備步驟為：1)按照摩爾份數(shù)比取42.5 份的Ga、29份的胞、28.5份化和42.5份的0曰、29份的胞、27.5份化和1份(：〇，放入真空非自耗 電極電弧爐中，同時(shí)由于Μη元素的飽和蒸汽壓較低，Ga的烙點(diǎn)較低，為了避免合金出現(xiàn)偏析 現(xiàn)象，在配料的過(guò)程補(bǔ)充3%-5%的Μη元素、1.5%-3%Ga元素，放置順序從上到下依次為 化、(：〇、6曰、111、化;2)在惰性氣體保護(hù)、1400~1700°(：的條件下電弧烙煉8-14分鐘，惰性氣體 為氣氣;3)用丙酬清洗烙煉后的金屬塊體;4)放入真空度為10-1化化的石英管中在600°C的 條件下保溫48小時(shí)后再降溫到400°C保溫24小時(shí)；5)澤入水中，得到新型高溫磁性形狀記憶 合金。
[0003] 中國(guó)發(fā)明專利CN103509988A提出一種具有超彈性的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形狀 記憶合金，其特征在于該合金具有W下的成分及原子百分含量:Fe30~50%、Ni28~40%、 ColO~30%、A18~15%、抓1~4%、B0.1~3%。該合金的制備工藝主要包括采用烙煉工藝、 固溶處理工藝和時(shí)效處理工藝。所述的烙煉工藝是將配料采用真空非自耗電弧爐在氣氣保 護(hù)下進(jìn)行烙煉，烙煉電流密度為220~280A/cm2,將烙煉合金翻身烙煉3~5次。所述的固溶 處理工藝為，在溫度1000~1300°C下固溶處理20~50min，水澤后冷社成薄板，然后將薄板 材料在溫度為1150~1350°C下固溶處理20~50min，隨后快速冷卻，冷卻速度大于138°C/s。 所述的時(shí)效處理工藝的溫度在550~750°C，時(shí)效處理時(shí)間45~70h。
[0004] 中國(guó)發(fā)明專利CN105296800A提供了一種TiNiCuNb記憶合金及其制備方法。該 TiNiCuNb 記憶合金的化學(xué)式為（T 巧 ON 巧 0-xCux)100-yNby，其中，x=l-15，y = 3-20，Ti、Ni、 Cu和師四種元素的原子百分?jǐn)?shù)之和為100%。該發(fā)明還提供了上述TiNiCuNb記憶合金的制 備方法。該發(fā)明提供的TiNiCu師記憶合金在經(jīng)過(guò)塑性加工（比如冷拔獲得絲材）、高溫退火 后經(jīng)過(guò)不同溫度時(shí)效可W獲得相變溫度范圍可調(diào)的較小溫度滯后;而當(dāng)冷變形加工后進(jìn)行 的低溫退火則使其成為納米線Nb/TiNiCu基體原位復(fù)合材料，復(fù)合材料具有大線彈性應(yīng)變、 低彈性模量的特點(diǎn)。其制備方法包括W下步驟:按TiNiCuNb記憶合金的成分配比選取純度 在99wt. % W上的單質(zhì)鐵、儀、銅、妮;將單質(zhì)鐵、儀、銅、妮放入真空度高于10-1化或惰性氣 體保護(hù)的烙煉爐中，烙煉成TiNi化佩記憶合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 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(wèn)題是提 供了一種含妮形狀記憶合金。
[0006] 本發(fā)明還要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種含妮形狀記憶合金的制備方法。
[0007] 本發(fā)明還要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種含妮形狀記憶合金的應(yīng)用。
[000引常規(guī)的合金材料變形幾千次就會(huì)斷裂，而本發(fā)明采用磁控瓣射的方法，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(wàn)次W上。該 合金薄膜的厚度為2-50微米，其顯微結(jié)構(gòu)中包含Ti2化與Ti2Ni相，它們?yōu)榧{米晶，尺寸小于 500納米。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種含妮形狀記憶合金，該合金由 鐵、儀、銅、妮、錠元素構(gòu)成。
[0010] 作為優(yōu)選，按原子百分比包括如下組分:鐵原子百分比含量為45-52%、儀的原子 百分比含量為40-44% ;銅的原子百分比含量為5-10% ;妮的原子比含量為1-2% ;余量為 錠。
[0011] 作為優(yōu)選，所述含妮形狀記憶合金的厚度為2-50微米。
[0012] 作為優(yōu)選，所述含妮形狀記憶合金的顯微結(jié)構(gòu)中包含Ti2化與TisNi相。
[0013] 作為優(yōu)選，所述含妮形狀記憶合金中的Ti2化與TisNi相的尺寸小于500納米。
[0014] 上述的含妮形狀記憶合金的制備方法，包括W下步驟：
[0015] 1)按照上述的合金材料制備祀材；
[0016] 2)采用磁控瓣射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至10-中aW上，充入氣氣，然 后再抽真空至l(T3Pa，調(diào)整工作電壓為500V，瓣射占空比60-70%，開(kāi)始進(jìn)行瓣射沉積，控制 厚度為2-50微米得到薄膜狀的形狀記憶合金；
[0017] 3)對(duì)步驟2)得到的形狀記憶合金進(jìn)行退火熱處理得到含妮形狀記憶合金。
[0018] 上述退火熱處理溫度為650-720攝氏度。
[0019] 上述的含妮形狀記憶合金在工業(yè)控制、醫(yī)療器械等方面的應(yīng)用。
[0020] 有益效果:本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：采用本發(fā)明的方法可W制備一種高性能形狀記 憶合金，循環(huán)次數(shù)高達(dá)幾千萬(wàn)次W上，遠(yuǎn)高于當(dāng)前合金的幾千次。運(yùn)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(lái)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Ti2化相與TisNi相，其尺寸在500納米W下。當(dāng)Ti2化相在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。 此外，本合金中還會(huì)產(chǎn)生稀±相強(qiáng)化，能夠提高合金的強(qiáng)度性能。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]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(shuō)明。
[0022] 實(shí)施例1:
[0023] 1、按照鐵:儀:銅:妮:錠的原子比為49:44:5:1:1的比例制備祀材；
[0024] 2、采用磁控瓣射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至10-中aW上，充入氣氣，然 后再抽真空至l(T3Pa，調(diào)整工作電壓為500V，瓣射占空比60%，開(kāi)始進(jìn)行瓣射沉積，控制厚度 為12微米；
[0025] 3、對(duì)W上合金進(jìn)行退火熱處理，溫度為650攝氏度。
[0026] 進(jìn)行循環(huán)壽命測(cè)試，樣品進(jìn)行2千萬(wàn)次測(cè)試后，仍未斷裂。
[0027] 該合金內(nèi)包含納米Ti2化與Ti2Ni相，其尺寸為30-100納米。
[002引實(shí)施例2:
[0029] 1.按照鐵:儀:銅:妮:錠的原子比為52:40:6:1.5:0.5的比例制備祀材；
[0030] 2.采用磁控瓣射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至l(T4PaW上，充入氣氣，然 后再抽真空至l(T3Pa，調(diào)整工作電壓為500V，瓣射占空比60%，開(kāi)始進(jìn)行瓣射沉積，控制厚度 為32微米；
[0031] 3.對(duì)W上合金進(jìn)行退火熱處理，溫度為680攝氏度。
[0032] 進(jìn)行循環(huán)壽命測(cè)試，樣品進(jìn)行2千萬(wàn)次測(cè)試后，仍未斷裂。
[0033] 該合金內(nèi)包含納米Ti2化與Ti2Ni相，其尺寸為50-200納米。
[0034] 實(shí)施例3:
[0035] 1.按照鐵:儀:銅:妮:錠的原子比為45:42:10:2:1的比例制備祀材；
[0036] 2.采用磁控瓣射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至l(T3PaW上，充入氣氣，然 后再抽真空至l(T3Pa，調(diào)整工作電壓為500V，瓣射占空比70%，開(kāi)始進(jìn)行瓣射沉積，控制厚度 為47微米；
[0037] 3.對(duì)W上合金進(jìn)行退火熱處理，溫度為720攝氏度。
[0038] 進(jìn)行循環(huán)壽命測(cè)試，樣品進(jìn)行2千萬(wàn)次測(cè)試后，仍未斷裂。
[0039] 該合金內(nèi)包含納米Ti2化與Ti2Ni相，其尺寸為50-250納米。
[0040] 實(shí)施例4
[0041 ] 1.按照鐵:儀:銅:妮:錠的原子比為48.5:44:5:1.5:1的比例制備祀材；
[0042] 2.采用磁控瓣射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至l(T3PaW上，充入氣氣，然 后再抽真空至l(T3Pa，調(diào)整工作電壓為500V，瓣射占空比65%，開(kāi)始進(jìn)行瓣射沉積，控制厚度 為2微米；
[0043] 3.對(duì)W上合金進(jìn)行退火熱處理，溫度為685攝氏度。
[0044] 進(jìn)行循環(huán)壽命測(cè)試，樣品進(jìn)行2千萬(wàn)次測(cè)試后，仍未斷裂。
[0045] 該合金內(nèi)包含納米Ti2化與Ti2Ni相，其尺寸為30-150納米。
[0046] 實(shí)施例5
[0047] 1.按照鐵:儀:銅:妮:錠的原子比為47:41:7.5:2:2.5的比例制備祀材；
[004引2.采用磁控瓣射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至l0-3PaW上，充入氣氣，然 后再抽真空至l(T3Pa，調(diào)整工作電壓為500V，瓣射占空比67%，開(kāi)始進(jìn)行瓣射沉積，控制厚度 為50微米；
[0049] 3.對(duì)W上合金進(jìn)行退火熱處理，溫度為690攝氏度。
[0050] 進(jìn)行循環(huán)壽命測(cè)試，樣品進(jìn)行2千萬(wàn)次測(cè)試后，仍未斷裂。
[0化1] 該合金內(nèi)包含納米Ti2化與Ti2Ni相，其尺寸為60-200納米。
[0化2] 對(duì)比例1
[0053] 1.按照l(shuí)at %儘、0.4at %欽、51at %鐵、44at %儀、3.6at %鐵的比例配置原料；
[0054] 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*10-4化，充入高純氣 氣，然后烙煉5次；
[0055] 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)。
[0化6] 4.冷卻，由此得到形狀記憶合金。
[0057] 檢測(cè)結(jié)果:進(jìn)行循環(huán)壽命測(cè)試，樣品進(jìn)行8636次測(cè)試斷裂。
[005引本發(fā)明實(shí)施例1~5制備得到的含妮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
[0化9]
[0060] W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(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，運(yùn)些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含鈮形狀記憶合金，其特征在于，該合金由鈦、鎳、銅、鈮、釔元素構(gòu)成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鈮形狀記憶合金，其特征在于，按原子百分比包括如下 組分:鈦原子百分比含量為45-52%、鎳的原子百分比含量為40-44%;銅的原子百分比含量為 5-10%;鈮的原子比含量為1 -2%;余量為釔。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鈮形狀記憶合金，其特征在于，所述含鈮形狀記憶合金 的厚度為2-50微米。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鈮形狀記憶合金，其特征在于，所述含鈮形狀記憶合金 的顯微結(jié)構(gòu)中包含Ti2Cu與Ti 2Ni相。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種含鈮形狀記憶合金，其特征在于，所述含鈮形狀記憶合金 中的Ti2Cu與Ti 2Ni相的尺寸小于500納米。6. 權(quán)利要求1~5任一項(xiàng)所述的含鈮形狀記憶合金的制備方法，其特征在于，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l(T3Pa以上，充入氬氣，然后再 抽真空至10- 3Pa，調(diào)整工作電壓為500V，派射占空比60-70%，開(kāi)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)得到的薄膜狀的形狀記憶合金進(jìn)行退火熱處理得到含鈮形狀記憶合金。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的含鈮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。8. 權(quán)利要求1~5任一項(xiàng)所述的含鈮形狀記憶合金在工業(yè)控制、醫(yī)療器械方面的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C23C14/35GK106011588SQ201610534546
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月8日
【發(fā)明人】楊衛(wèi)國(guó), 朱文建
【申請(qǐng)人】江蘇科技大學(xué)