[发明专利]Ti‑Ni基形状记忆合金薄带及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种形状记忆合金材料及制备方法。

背景技术

随着机械、电子及高端装备制造技术的发展，仪器设备的精密化、小(微)型化已成为重要发展方向，集微型机构、微型传感器、微型执行器及信号处理和控制电路等于一体的微机电系统(MEMS)就是其中之一。研制MEMS急需微执行器材料，并要求该材料具有较大的单位体积输出功和输出应变。目前，微执行器材料主要包括Ti-Ni基形状记忆薄带(膜)、压电材料和磁致伸缩材料等。Ti-Ni合金具有优异的形状记忆效应、超弹性、高阻尼性、耐腐蚀和耐磨性，与压电材料和磁致伸缩材料相比，Ti-Ni基形状记忆合金薄带(膜)作微执行器材料具有单位体积输出功和输出位移大，电阻率大，驱动电压低，可通过微电流加热其输出应力和应变，方便控制，薄带材料对信号的响应速率高等优势。

熔体快淬法是在真空状态下将熔融合金在一定压力下注射到高速旋转的水冷铜辊上，使其在极大的过泠度下凝固，获得具有超细结构的非平衡组织薄带的方法。该方法冷速极高，所得薄带的晶粒尺寸可达纳米级或非晶态，得到与一般非平衡冷却合金完全不同的性能。熔体快淬法分为单辊甩带法、平面流铸法和双辊法，单辊甩带法在实验研究中最为常用。

我们前期研究发现，在Ti-Ni形状记忆合金中加入Cr元素后，能降低相变温度，改善形状记忆性能，使合金在室温下呈超弹性特性，所研制的Ti-50.8Ni-0.3Cr合金具有优异的形状记忆效应和室温超弹性。用熔体快淬法将Ti-Ni-Cr合金制成薄带后，由于组织细化，预期会进一步改善其形状记忆行为，成为微执行器的理想材料，对此，目前尚无公开报道。因此，用单辊甩带法研制Ti-50.8Ni-xCr(x＝0～1.5％原子分数)形状记忆合金薄带，对于开发微驱动器、微储能器、微阻尼器和微弹性元件用形状记忆合金薄带具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种能降低相变温度，改善形状记忆效应和超弹性的Ti-Ni基形状记忆合金材料及制备方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种Ti-Ni基形状记忆合金薄带，其特征在于，按原子量百分比，包含50.8％的Ni，0～1.5％的Cr，余量为Ti。

上述Ti-Ni基形状记忆合金薄带的优选组成是，按原子量百分比，包含50.8％的Ni，0.3～0.5％的Cr，余量为Ti。

一种Ti-Ni基形状记忆合金薄带的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)按原子量百分比，Ni为50.8％，Cr为0.3～0.5％，余量为Ti称量

(2)将称好的各组份放入熔炼甩带炉的熔炼室中抽真空；

(3)抽真空结束后，向熔炼室充入氩气，在氩气保护下，利用钨极氩弧熔炼法将各组份熔化，并快速搅拌，使熔融态的合金液各组分充分混合，然后将合金液冷却成铸锭，再在熔炼室内用料勺将铸锭反复翻转熔炼不少于6次；

(4)将熔炼好的合金铸块切碎，放于底端带孔的石英管内；打开熔炼甩带炉的甩带室，将石英管置于甩带室的高频感应加热线圈内，调节石英管下端与铜辊的距离，封闭甩带室，进行抽真空；

(5)抽真空结束后，向甩带室中充入氩气，在氩气保护下，利用高频感应将石英管中的合金铸块加热至熔化，停止氩气充入，合金熔液在自重和氩气压力作用下，从石英管下端的孔中喷射到转动的铜辊上，形成合金薄带；

(6)将合金薄带进行热处理。

上述方法中，步骤(1)所述的Ti、Ni和Cr分别采用市售海绵Ti、电解Ni和纯Cr粒。

步骤(2)所述的抽真空，真空度为9.0×10^-4Pa。

步骤(3)所述的氩气充入熔炼室，要保持室内压强为0.05Mpa。

步骤(4)所述的石英管下端与铜辊的距离为3～5mm。所述抽真空，真空度为8.0×10^-4Pa。

步骤(5)所述的氩气充入甩带室，要保持室内压强为0.05MPa。所述铜辊的转速为12m/s。

步骤(6)所述的热处理温度为400～600℃，保温时间为30～60min。