[发明专利]一种基于TiNi记忆合金丝材的功能材料部件增材制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料成形和制造技术领域，具体涉及一种基于TiNi记忆合金丝材的功能材料部件增材制造方法。

背景技术

钛镍基形状记忆合金一直以来是国内外重点研究的功能合金材料,近年来，国际上更是每年都召开其学术会议讨论交流对其研究的理论原理成果，组织性能，加工方法和生产技术，我国以西北有色金属研究院，中科院沈阳金属研究所，天津大学等高等院校和科研院所也进行了大量的理论研究和生产工艺研究，取得了众多的科研成果和专利技术，钛镍基记忆合金应用上，在航空航天部件；医学医疗领域的血管支架，矫形植入物；工业上的弹簧，管路连接件；生活日用品上恒温阀，眼镜架等广泛使用，目前，钛镍基记忆合金应用主要使用其两大功能：形状记忆功能和超弹性，但其另一个功能高阻尼特性国内外研究和使用的很少，这是因为，钛镍基合金的形状记忆性能和超弹性除成分决定马氏体相变点外，还取决于材料的热处理和冷加工变形量，常规的生产制造只能主要生产钛镍基合金的金属丝材和管，板等简单几何形状加工材料和用其生产的网，弹簧，片等制品和小部件，对于使用该合金阻尼性能的形状复杂的部件来说，由于热处理时冷却速度各部分不一致造成组织性能不均衡，影响其使用领域；钛镍基形状记忆合金之所以具有变形恢复能力，是因为变形过程中材料内部发生的热弹性马氏体相变，形状记忆合金中具有两种相：高温相奥氏体相，低温相马氏体相，马氏体相变不仅由温度引起，也可以由应力引起，这种由应力引起的马氏体相变叫做应力诱发马氏体相变，且相变温度同应力呈线性关系，钛镍基记忆合金的超弹性(伪弹性）是指当形状记忆合金在高温相奥氏体状态下受到外力发生较大变形，去除外力后，大变形完全恢复，但是在变形过程中，应力应变曲线并不是线性的，会产生耗散能，钛镍基记忆合金的高阻尼特性是由于合金材料的内耗产生的，内耗做为材料的一种能量耗散系数，像材料的其他机械性能一样成为设计结构材料的一个重要参数，形状记忆合金的高阻尼性能主要源于界面移动的滞后性，这一界面包括不同马氏体变体的界面，孪晶界和位错等，国内外的研究表明Ti50Ni50(原子百分比，下同）为基础的钛镍合金，加入2%--5%的铜代替镍原子，其耐蚀性，疲劳性能和高阻尼性能非常好，前不久德国科学家发现了其极高的疲劳性能，喷敷在其他金属上可以制造智能新材料，钛镍合金的高阻尼特性对于军工，舰船，民用的叶片和桨类部件来说，减震，减低噪音意义十分重大，但是，钛镍记忆合金的化学成分要求十分苛刻，低间隙杂质的含量要求极低，除原料要求严格外，该合金的熔炼方法对其性能影响很大，国内外熔炼大多采用真空感应炉和水冷铜坩埚真空感应炉熔炼该合金，其中由于该合金化学活性大，真空感应炉的坩埚材料熔炼过程中对其有污染，所以O,N.H的控制很困难，稳定性差，这就是国内该类合金一直不稳定的原因，而水冷铜坩埚真空感应炉虽然能够解决这一问题，但是由于其容量有限，无法生产大铸锭和浇注大的部件，对于舰艇用的几百公斤甚至几吨的螺旋桨来说，是根本无法制造的，对于一般的增材制造（3D打印）来说，该合金要生产其成分准确，杂质含量低的均匀钛镍合金粉末是很困难的，现有的工艺方法生产其粉末成分和性能都无法达到功能部件3D打印的要求，因此国内外尚未见到其报导。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种基于TiNi记忆合金丝材的功能材料部件增材制造方法。

本发明的基于TiNi记忆合金丝材的功能材料部件增材制造方法，要点在于包括钛镍基记忆合金的熔炼、钛镍基记忆合金丝的制备、用钛镍基记忆合金丝作原料、激光熔覆增材制造工艺、制造部件的组织控制和变形量的控制。