[发明专利]一种层状Ti‑Ni形状记忆复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能复合材料领域，具体涉及一种层状Ti-Ni形状记忆复合材料及其制备方法。

技术背景

钛/镍形状记忆材料作为功能材料，其应用领域非常之广泛，在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有着广泛用途，其应用价值主要表现在形状记忆效应和超弹性，除此之外，还应同时具备比强度高，无磁性、无毒性、耐蚀性和耐磨性高，阻尼性能好，疲劳强度高，生物相容性好和生物退变性低等特点。但现有的形状记忆合金很难全面均衡的同时具备以上特性，而对于形状记忆复合材料的研究大多集中在形状记忆聚合物方面，或是以毫米级形状记忆合金丝复合于铝(合金)、镁合金、高分子及水泥中。形状记忆聚合物具有可回复应变大(一般为200％左右)的特点，但其缺点也同样突出，尤其是在刚度、强度、耐磨性等力学性能方面较差，导致其可靠性差，难以适应一些有力学性能要求的结构件环境。而添加形状记忆合金丝的形状记忆复合材料则由于其比表面积小致使其界面结合较弱，且TiNi相体积含量不高，形状记忆性能较差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种层状Ti-Ni形状记忆复合材料及其制备方法，解决了现有的钛镍形状记忆聚合物力学性能差、形状记忆合金丝填充形状记忆复合材料界面结合较弱的问题。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：

一种层状Ti-Ni形状记忆复合材料，包括Ti层、Ti-Ni层和Ni层，该层状Ti-Ni形状记忆复合材料的最外层为Ti层，Ti-Ni层和Ni层位于Ti层内。

具体的，以体积百分比计，所述的Ti-Ni层占层状Ti-Ni形状记忆复合材料的15％～50％。

以该复合材料的总量计，原子百分比为Ti:Ni＝(100-a):a，a＝10～50。

一种层状Ti-Ni形状记忆复合材料的制备方法，该方法包括制备所述的层状Ti-Ni形状记忆复合材料。

具体的，该方法包括以钛板和镍板为原料，采用累积叠轧工艺、退火及控制冷却工艺进行处理即得层状Ti-Ni形状记忆复合材料。

更具体的，该方法包括将钛板与镍板以Ti/Ni/Ti或Ni/Ti/Ni结构叠放；

后于真空电阻炉中以300～500℃保温3～10min进行预热，然后立即以40％～70％的单道次压下量进行轧制得到复合板，再将复合板重复轧制过程1～10道次；

将累积轧制后的复合板置于真空或氩气保护的退火炉中，在300℃～1100℃的温度下保温1h～72h,然后取出并以30～60℃/min的冷却速度冷至室温，即得到层状Ti-Ni形状记忆复合材料。

另外，采用纯度大于99wt.％的钛板和纯度大于99wt.％的镍板为原料，钛板厚度为0.1mm～5.0mm，镍板厚度为0.1mm～5.0mm。

本发明的优点为：

(1)本发明的层状Ti-Ni复合材料能够很好的利用Ti和Ni各自金属特性，实现比强度高、塑性韧性好、疲劳强度高、界面结合强、导电性优异、无磁性、无毒性、耐蚀性高、生物相容性好等性能；

(2)本发明的层状Ti-Ni复合材料通过扩散反应原位自生成TiNi相层，各层通过面接触连接为一整体，界面结合强度较高；解决了现有技术中的以毫米级形状记忆合金丝制成的复合材料容易发生界面分离导致材料失效的问题；

(3)本方法所获得的形状记忆复合材料,由于其原料的纯净度高，所得复合材料中的物理、化学性能都比较稳定，且累积叠轧+扩散退火及控制冷却技术所需的设备比较简单，能耗与污染较少，加工环境要求不高，生产过程易于实现和控制，生产效率较高，是一种更为经济高效的生产方法。

附图说明

图1为实施例一中的复合材料界面区微观结构图；

图2为拉伸试样结构示意图；

图3为实例一中拉伸试样应力-应变曲线图；

图4为实例一中试样的可逆性马氏体相变曲线图；

图5为实例二中复合材料界面区微观结构图；

图6为实例二中拉伸试样应力-应变曲线

图7为实例三中复合材料界面区微观结构图；

图8为实例三中拉伸试样应力-应变曲线：

以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。

具体实施方式

本发明的层状Ti-Ni复合材料能够很好的利用Ti和Ni各自金属特性，实现比强度高、塑性韧性好、疲劳强度高、界面结合强、导电性优异、无磁性、无毒性、耐蚀性高、生物相容性好等性能；