[发明专利]一种无裂纹的4D打印钛镍形状记忆合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无裂纹的4D打印钛镍形状记忆合金及其制备方法，所述合金由Ni、Ti、Zr组成，以质量百分比计，所述Ni含量为40％～80％、所述Ti含量为10％～60％、所述Zr含量为2～10％。本发明制得的4D打印钛镍形状记忆合金表面无裂纹，机械性能优异，抗拉强度在740MPa以上，硬度在280HV以上。

技术领域

本发明属于合金制备及成形制造技术领域，具体涉及一种无裂纹的4D打印钛镍形状记忆合金及其制备方法。

背景技术

钛镍形状记忆合金是最早发展的记忆合金，自从1963年开发以来，由于其记忆效应优良、性能稳定、生物相容性好而受到了材料科学和工程界的广泛重视。由于钛镍形状记忆合金的加工成本高且制备加工工艺复杂，限制了其在许多领域的应用。为了解决这些问题，需要科研工作者们不断地开发出新的制备工艺。SLM技术是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种增材(Additive manufacturing)技术。选区激光熔化技术相对于传统方法而言，制备的样品尺寸精度更高，且能加工传统方法所不能加工的具有复杂形状的零件。但是SLM制备的4D打印钛镍形状记忆合金大多存在裂纹，严重影响了其力学性能，限制了4D打印钛镍形状记忆合金的应用。

如何制备出无裂纹、力学性能高的4D打印钛镍形状记忆合金是这个技术的关键。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述的技术缺陷，提出了本发明。

因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种无裂纹的4D打印钛镍形状记忆合金。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种无裂纹的4D打印钛镍形状记忆合金，其特征在于：所述合金由Ni、Ti、Zr组成，以质量百分比计，所述Ni含量为40％～80％、所述Ti含量为10％～60％、所述Zr含量为2～10％。

作为本发明所述的无裂纹的4D打印钛镍形状记忆合金的一种优选方案：以质量百分比计，所述Ni含量为50％～70％、所述Ti含量为20％～50％、所述Zr含量为2～6％。

作为本发明所述的无裂纹的4D打印钛镍形状记忆合金的一种优选方案：以质量百分比计，所述Ni含量为55％、所述Ti含量为42％、所述Zr含量为3％。

作为本发明的另一个方面，本发明克服了现有技术中存在的不足，提供了所述的无裂纹的4D打印钛镍形状记忆合金的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：所述的无裂纹的4D打印钛镍形状记忆合金的制备方法，其包括：

将Ni、Ti、Zr原料按照比例混合，充分均匀熔融后采用气雾化法制得4D打印钛镍形状记忆合金粉末，粉末干燥后再过筛，得到混合合金粉末；

调整SLM设备，并将4D打印钛镍形状记忆合金粉末倒入送粉缸或落粉斗，腔体密闭后抽真空，之后通惰性气体，并使用红光扫描模拟激光扫描路径，将红光的扫描范围控制在基板的几何范围内；

激光加工成形，SLM控制系统首先使用激光重复扫描基板和预热，之后铺粉并根据零件的几何结构模型进行SLM打印成形。

作为所述的无裂纹的4D打印钛镍形状记忆合金的制备方法的一种优选方案：所述SLM打印成形，其打印参数为激光功率150～280W，扫描速率900～1300mm/s，层厚30～60μm，扫描间距100～200μm。

作为所述的无裂纹的4D打印钛镍形状记忆合金的制备方法的一种优选方案：控制所述混合合金粉末的粒径为200目。