[发明专利]含有梯度分布成分的TiNi记忆合金及其增材制造工艺

说明书

本发明提供的是一种含有梯度分布成分的TiNi记忆合金及其增材制造工艺。选择粉末粒度在15～53μm的TiNi形状记忆合金粉末；以X为供粉方向，XY面为铺粉面，Z为层叠方向，采用双向扫描策略，在双向扫描中，激光以Z字形图案在表面上移动，然后为后续层旋转67°，以Z轴为层叠方向加工成块体；在以Z轴为层叠方向加工成块体的过程中，依次使用不同的激光选区熔化工艺参数，使合金的成分沿成型方向呈现梯度分布。本发明的制备方法具有工艺简单，便于调控的特点，适合制备具有复杂形状并且含有梯度分布成分的TiNi记忆合金及其零件。

技术领域

本发明涉及的是一种TiNi记忆合金，具体地说是一种改性TiNi记忆合金。本发明也涉及一种TiNi记忆合金增材制造制备工艺。

背景技术

TiNi记忆合金是一种重要的功能材料，具有优异的形状记忆效应、超弹性和高阻尼特性，目前已经在航空航天、船舶、机械电子与医疗器械等领域获得广泛应用。TiNi记忆合金的高阻尼特性来源于其马氏体相变。该类合金的马氏体相变温度区间通常在20℃左右，这限制了合金高阻尼特性的温度区间。因此发展具有宽相变温度区间的TiNi记忆合金有利于进一步拓展其在阻尼方面的应用。

目前已经通过电镀/化学镀+扩散退火、磁控溅射、不同成分TiNi合金的轧制等工艺获得了具有宽相变温度区间的TiNi记忆合金。然而，磁控溅射与轧制工艺仅适合制备具有简单形状的薄膜或板材，而电镀/化学镀+扩散退火可应用于管材等，但是其镀层比较薄，并且镀层与基体之间的结合力较弱。

TiNi记忆合金的高硬化率制约了其加工成形能力，因此目前使用的TiNi记忆合金多为板、棒、丝等简单型材。具有复杂形状的TiNi记忆合金零件很难加工。激光选区熔化技术是金属增材制造技术的一种，其过程是利用金属粉末在激光束作用下熔化，然后冷却凝固而成形的一种技术。该技术在制备具有复杂形状的TiNi记忆合金零件方面极具优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较宽的相变温度区间的含有梯度分布成分的TiNi记忆合金。本发明的目的还在于提供一种含有梯度分布成分的TiNi记忆合金的增材制造工艺。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的含有梯度分布成分的TiNi记忆合金是利用激光选区熔化的增材制造方法，在制造过程中依次使用不同的激光选区熔化工艺参数，所得到的合金成分沿成型方向呈现梯度分布的层状TiNi记忆合金。

本发明的含有梯度分布成分的TiNi记忆合金的增材制造工艺为：选择粉末粒度在15～53μm的TiNi形状记忆合金粉末；以X为供粉方向，XY面为铺粉面，Z为层叠方向，采用双向扫描策略，在双向扫描中，激光以Z字形图案在表面上移动，然后为后续层旋转67°，以Z轴为层叠方向加工成块体；在以Z轴为层叠方向加工成块体的过程中，依次使用不同的激光选区熔化工艺参数，使合金的成分沿成型方向呈现梯度分布。

本发明的含有梯度分布成分的TiNi记忆合金的增材制造工艺还可以包括：

1.所述的不同的激光选区熔化工艺参数包括：舱口距离为80μm；粉末层厚30μm；基板预加热温度为100～200℃；工作气氛为氩气；激光器功率在100～200W范围内调整；扫描速率在200～1000mm/s范围内调整。

2.所述的不同的激光选区熔化工艺参数是依次调整激光器功率。

3.所述的不同的激光选区熔化工艺参数是依次调整扫描速率。

4.所述的不同的激光选区熔化工艺参数是依次调整激光器功率和扫描速率。

5.依次调整激光器功率为100W、120W、140W、160W、180W、200W。