一種高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金及其制備方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金，該合金由鈦、鎳、銅元素構(gòu)成。按原子百分比包括如下組分：鈦原子百分比含量為50?60%、鎳的原子百分比含量為30?38%；銅的原子百分比含量為10?14%。然后采用磁控濺射的方法制備薄膜合金，再經(jīng)過熱處理而成。該合金內(nèi)包含納米Ti2Cu與Ti2Ni相，循環(huán)壽命高。
【專利說明】
-種高循環(huán)次數(shù)的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)及一種高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金及 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 出了一種儀鐵系形狀記憶合金，所述的儀鐵系形狀記憶合金由儀、鐵、銅、銘、儘W及儒六種 金屬成分組合而成，所述的儀鐵系形狀記憶合金中各成分所占重量百分比分別為:所述的 儀占60.3%-64.9%，所述的鐵占21.4%-22.5%，所述的銅占7.4%-8.3%，所述的銘占 2.8%-3.7%，所述的儘占1.9%-2.7%，所述的儒占1.6%-2.5%。由儀、鐵、銅、銘、儘^及 儒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。
[0003] 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 分量為儀45-55at，0-1 Oat，鐵25-35at，5-15at。本發(fā)明的合金具有性形狀記憶效應(yīng)。
[0004] 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 按原子百分含量為儀45-55at%，鐵O-lOat%，鐵25-35at%，鉆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W 下步驟：1)、選取純度>99.9%的儀，純度>99.99%鉆，純度>99.9%的鐵，純度>99.9% 的鐵，將上述材料按照原子百分含量配料，然后放入烙煉爐中并抽真空至2.0X10-4化，再 充入氣氣，反復(fù)烙煉后用模具冷卻吸鑄得到合金毛巧;2)、將1)中得到的合金毛巧密封，抽 真空至5.0 X 10-5化，在1000°C下保溫72小時，然后冷卻至室溫得到超彈性合金材料。

【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)問題是提 供了一種高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金。
[0006] 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)問題是提供了一種高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金的應(yīng)用。 [000引常規(guī)的合金材料變形幾千次就會斷裂，而本發(fā)明采用磁控瓣射的方法，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Ti2化相，它們?yōu)榧{米晶，尺寸小于 500納米。
[0009] 為實現(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)的形狀記憶合金，該 合金由鐵、儀、銅元素構(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50-60%、儀的原子 百分比含量為30-38% ;銅的原子百分比含量為10-14%。
[0011] 作為優(yōu)選，上述高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金的厚度為2-50微米。
[0012] 作為優(yōu)選，上述高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金的顯微結(jié)構(gòu)中包含Ti2化與Ti2Ni相。
[0013] 作為優(yōu)選，上述高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金中的TisCu與TisNi相的尺寸小于500納 米。
[0014] 上述的高循環(huán)次數(shù)的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%，開始進行瓣射沉積，控制 厚度為2-50微米得到薄膜狀的形狀記憶合金；
[0017] 3)對步驟2)得到的形狀記憶合金進行退火熱處理。
[0018] 7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的高循環(huán)次數(shù)的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)的形狀記憶合金。
[0019] 上述的含妮形狀記憶合金工業(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：采用本發(fā)明的方法可W制備高循環(huán)次數(shù)的形狀 記憶合金，循環(huán)次數(shù)高達幾千萬次W上，遠高于當(dāng)前合金的幾千次。運是因為目前大多數(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(dǎo)致合金斷裂。 在本發(fā)明中，會形成的納米相TisCu相與TisNi相，其尺寸在500納米W下。當(dāng)TisCu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。此外，本合金中還會產(chǎn)生稀±相強化，能夠提高合金的強度性能。
【具體實施方式】
[0021 ]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。
[0022]實施例1:高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金的制備 [002；3] 1、按照鐵:儀:銅的原子比為50:38:12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%，開始進行瓣射沉積，控制厚度 為12微米；
[0025] 3、對W上合金進行退火熱處理，溫度為650攝氏度得到高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合 金〇
[0026] 對高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金進行循環(huán)壽命測試，樣品進行2千萬次測試后，仍未 斷裂。
[0027] 實施例2:高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金的制備
[002引1.按照鐵:儀:銅的原子比為60:30:10的比例制備祀材；
[0029] 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%，開始進行瓣射沉積，控制厚度 為32微米；
[0030] 3.對W上合金進行退火熱處理，溫度為680攝氏度得到高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合 金〇
[0031] 對高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金進行循環(huán)壽命測試，樣品進行2千萬次測試后，仍未 斷裂。
[0032]實施例3:高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金的制備
[00削 1.按照鐵:儀:銅的原子比為52:38:10的比例制備祀材；
[0034] 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%，開始進行瓣射沉積，控制厚度 為47微米；
[0035] 3.對W上合金進行退火熱處理，溫度為720攝氏度得到高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合 金〇
[0036] 對高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金進行循環(huán)壽命測試，樣品進行2千萬次測試后，仍未 斷裂。
[0037] 實施例4高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金的制備
[0038] 1.按照鐵:儀:銅的原子比為55:31:14的比例制備祀材；
[0039] 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%，開始進行瓣射沉積，控制厚度 為2微米；
[0040] 3.對W上合金進行退火熱處理，溫度為685攝氏度得到高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合 金〇
[0041] 對高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金進行循環(huán)壽命測試，樣品進行2千萬次測試后，仍未 斷裂。
[0042] 實施例5高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金的制備
[00創(chuàng) 1.按照鐵:儀:銅的原子比為54:34:12的比例制備祀材；
[0044] 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67%，開始進行瓣射沉積，控制厚度 為50微米；
[0045] 3.對W上合金進行退火熱處理，溫度為690攝氏度得到高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合 金〇
[0046] 對高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金進行循環(huán)壽命測試，樣品進行2千萬次測試后，仍未 斷裂。
[0047] 對比例1
[004引 1.按照lat %儘、0.4at %欽、51at %鐵、44at %儀、3.6at %鐵的比例配置原料；
[0049] 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；
[0050] 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。
[0化1 ] 4.冷卻，由此得到形狀記憶合金。
[0052] 檢測結(jié)果:進行循環(huán)壽命測試，樣品進行8636次測試斷裂。
[0053] 本發(fā)明實施例1~5制備得到的含妮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
[0化4]
[0055] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)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W做出若干改進和潤飾，運些改進和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金，其特征在于，該合金由鈦、鎳、銅元素構(gòu)成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金，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50-60%、鎳的原子百分比含量為30-38%;銅的原子百分 比含量為10-14%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金，其特征在于，所述高循環(huán)次 數(shù)的形狀記憶合金的厚度為2-50微米。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金，其特征在于，所述高循環(huán)次 數(shù)的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所述的一種高循環(huán)次數(shù)的形狀記憶合金，其特征在于，所述高循環(huán)次 數(shù)的形狀記憶合金中的Ti2Cu與Ti 2Ni相的尺寸小于500納米。6. 權(quán)利要求1~5任一項所述的高循環(huán)次數(shù)的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%，開始進行濺射沉積，控制厚度為 2-50微米得到薄膜狀的形狀記憶合金； 3) 對步驟2)得到的薄膜狀的形狀記憶合金進行退火熱處理得到高循環(huán)次數(shù)的形狀記 憶合金。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高循環(huán)次數(shù)的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任一項所述的高循環(huán)次數(shù)的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】C23C14/58GK106048304SQ201610538496
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月8日
【發(fā)明人】楊衛(wèi)國, 朱浩
【申請人】江蘇科技大學(xué)