[发明专利]一种镍钛记忆合金海绵及其混盐压坯高温合成制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域。涉及粉末冶金技术、形状记忆合金、金属海绵材料及其高温合成技术。

背景技术：

现代世界极大地依赖各种运载工具，并且随着技术的进步，运载工具的数量增加、速度增快，由此也带来一个安全问题。1999至2007年的统计显示，我国每年因道路交通造成的死亡人数8～10万，受伤数十万，直接经济损失十余亿元。能量吸收材料(EAM：Energy absorption materials)可以用于改进运载工具的耐撞性、周边设施的安全防护、个人的安全防护以及运载物的安全防护等等，近年来受到人们的关注，特别是在汽车和军事工业领域。

能量吸收材料必须承受强的碰撞载荷，因此大多数能量吸收结构采用韧性金属制成，低碳钢和铝合金使用最广。质量轻，比能量吸收高是能量吸收材料和结构所需要的，尤其在航天航空领域和个人防护用品方面。高孔隙率金属材料，包括蜂窝结构、金属泡沫、金属海绵等，密度小，而且内部含有的大量空间可以提供较大的变形量，显示出很高的能量吸收能力。高孔隙率金属材料可以用作填充材料，如夹层板的芯层，也可以单独使用，是理想的能量吸收材料。泡沫铝作为能量吸收材料已成功用于汽车构件。除重量轻外，铝的熔点低，易于通过熔体发泡技术制备泡沫材料是其得到推广应用的关键。

高孔隙率金属材料的典型的应力应变曲线大致分成三段：线弹性相应，以平台应力为特征的屈服，以及应力随应变快速增长的压实阶段。平台应力阶段对于能量吸收具有决定性的意义。高孔隙率金属材料的平台应力的形成机制因材料性质和结构形式而异，可能是金属骨架的弹性屈曲、塑性破损或者是断裂。普通金属(如铝、低碳钢等)的高孔隙材料和结构经一次碰撞后将发生永久性变形，其能量吸收性能下降。这种材料失效后难以现场修复，必须更换。这不仅造成材料的浪费，增加了维修时间，而且诸如航天、航空、航海等远距离运载工具携带替换备用件是非常不便的。

形状记忆合金是上世纪60年代发展起来的一种功能结构材料。这类材料具有特异的形状记忆效应(SME：Shape memory effects)。以镍钛合金为例，形状记忆效应可以描述为：镍钛合金在一定温度下(合金为马氏体相)变形后，只需加热至某一温度(马氏体转变为奥氏体的温度，通常称为马氏体逆相变温度，与合金的成分以及热加工状态有关)后形状便会恢复到原样，在随后的冷却过程中形状不再发生变化，材料的形状和性能均恢复到变形前的水平。用记忆合金制造的能量吸收材料与构件，受撞击时发生变形而吸收能量。变形后的材料与构件在随后的加热过程中发生形状记忆效应，其形状和体积恢复，材料的性能也恢复到变形前的水平。因此，记忆合金能量吸收材料可以现场便捷修复，而无需更换。

尽管实体镍钛合金在拉伸条件下完全可恢复变形量可以达到8％，然而由于合金的密度大(6.5g/cm3)，平台应力高(50～200MPa)，并且合金的价格较高，实体镍钛合金可以用于建筑、桥梁等阻尼减振，但是不适合用作运载工具上的能量吸收材料，。镍钛合金的强度远高于铝的强度，用作能量吸收材料时要求镍钛合金的孔隙率可以高于泡沫铝，因此镍钛合金海绵有望成为新型的能量吸收材料。