[发明专利]一种记忆合金纳米叠层Ni/Ti预制坯的制备方法

说明书

一种记忆合金纳米叠层Ni/Ti预制坯的制备方法，所属功能复合材料技术领域，制备步骤包括：(1)材料的准备，(2)封装，(3)轧制；本发明采用室温累积叠轧，结合包套包裹限制阻碍变形，有利于Ni/Ti协调变形，解决了传统冶炼过程NiTi合金容易引入杂质元素，导致材料加工性能差，冷加工过程变形抗力大，道次变形量小等问题；由于三段累积叠轧均在室温下进行，中间过程均未经过退火，最后复合后的Ni/Ti层状预制坯的残余应力大，Ni原子和Ti原子界面间的活性高，层状Ni/Ti预制坯硬度高，弹性模量高。Ni和Ti在一定温度下反应扩散生成NiTi形状记忆合金所需的时间越短，在一定程度上还能细化生成的NiTi合金晶粒，得到NiTi高品质形状记忆合金，晶粒越细，还能够提高相变温度的稳定性，奥氏体化相变温度也会略有增加。

技术领域

本发明属于功能复合材料技术领域，特别涉及一种记忆合金纳米叠层Ni/Ti预制坯的制备方法。

背景技术

NiTi形状记忆合金属于功能复合材料，广泛应用于航空航天、生物医疗、能源化工等领域，其不仅具有高比强度，良好的耐磨性和耐蚀性能，疲劳强度高等特点，而且还具有形状记忆效应(SME)和超弹性(SE)，以及良好的生物相容性等优势。目前，常用的制备NiTi形状记忆合金的方法主要是通过熔炼法获得NiTi合金铸锭，然后通过对铸锭后续进行热加工或冷加工实现组织的控制，使其具备形状记忆特性。但现有技术的热加工方法工艺条件苛刻，且容易造成表面甚至内部的氧化，会造成材料塑性急剧下降的问题；而冷加工过程具有工艺复杂，变形抗力大，道次变形量小等缺陷；另外，现有技术中的前期熔炼过程中会不可避免的引入杂质，难以保证材料的纯净度。因此，针对制约NiTi形状记忆合金的关键问题，本发明提出利用Ni/Ti相对良好的延展性，采用高纯度的纯Ni和纯Ti，在室温下，通过多道次大塑性变形累积叠轧技术获得纳米尺度Ni/Ti预制坯。

发明内容

为了解决传统熔炼法获得NiTi合金铸锭中元素污染、冷加工过程变形抗力大、道次变形量小、材料塑性低、工艺复杂等问题，本发明提供了一种记忆合金纳米叠层Ni/Ti预制坯的制备方法，利用三段累积叠轧大塑性变形技术制备叠层Ni/Ti预制坯，结合采用冷加工的方式，使晶粒细化，增加钛和镍晶粒的比表面界面，减小层与层之间的距离，随着晶粒尺寸减小，原子活性增强，在一定温度和时间下让钛原子和镍原子充分反应扩散，促使其快速合金化。采用冷加工的方式使层状Ni/Ti结合致密化还可以避免其他元素的污染，在保证Ni/Ti复合预制坯的纯净度的同时，还可以提高材料塑性、记忆温度和相变温度稳定性，其具体技术方案，包括如下步骤：

步骤1，材料的准备：

分别选取厚度为50μm的Ti箔、厚度为20μm的Ti箔、和厚度为30μm的Ni箔，然后将Ti箔和Ni箔切成35mm×55mm，采用适合尺寸的包套，然后将包套、Ti箔、Ni箔放在丙酮中浸润30min，并经过超声波震荡洗涤干净，最后使用电吹风机风干，得到洁净的包套和Ti箔、Ni箔；

步骤2，封装：

将Ti箔和Ni箔按照Ti/Ni/Ti/Ni……/Ti交替叠放，从下至上共叠放37层，其中，顶层和底层采用20μm的Ti箔，中间层采用的50μm的Ti箔和30μm的Ni箔；然后将叠合好的箔片放入包套中，并用氩弧焊将包套焊合，得到包套封装的复合层状材料，即轧件；

步骤3，轧制：

采用辊轧机对步骤2得到的轧件进行室温冷轧，每大道次分4～8个小道次进行冷轧，每个小道次轧制的压下率为10％～50％，每大道次轧制总压下率为60％～80％，每大道次轧制完，用剪床破开包套，取出复合层状材料，并用切纸刀将其等切为三段材料，利用丙酮超声清洗并吹干，再将等分的三段材料叠合并放入新的包套中，用氩弧焊将包套焊合，然后进行第2个大道次冷轧步骤，如此重复4～6个大道次，每大道次设定轧制参数与第1大道次参数设定相同；最后剪床破开包套，取出反复冷轧后的复合层状材料，得到叠层Ni/Ti预制坯，叠层Ni/Ti预制坯的层平均厚度为40～95nm；