[发明专利]一种具有梯度晶粒组织的镍钛形状记忆合金板材

说明书

一种具有梯度晶粒组织的镍钛形状记忆合金板材，先利用包套轧制变形，凭借包套板材在轧制过程中对镍钛形状记忆合金板材轧面施加的压应力，抑制轧制变形过程中裂纹的萌生与扩展，进而在镍钛形状记忆合金板材的表层和中间层同步积累足够的塑性应变，随后再进行连续弯曲变形，实现板材表层和中间层塑性应变分布差异化，最后再通过再结晶退火处理，使得制备镍钛形状记忆合金板材表面形成纳米级尺寸晶粒而板材中间层形成微米级尺寸晶粒，并能显著降低其生产成本，防止板材被高温氧化。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及镍钛形状记忆合金材料。

背景技术

镍钛形状记忆合金作为一种功能材料，其最显著的特征就是具有形状记忆效应，即镍钛形状记忆合金在奥氏体相处于一定的形状，冷却到马氏体相变开始温度（M_s）以下开始转变为孪晶马氏体，在马氏体相状态下将镍钛形状记忆合金变形，然后将其加热到奥氏体相变开始温度（A_s）以上时，开始发生奥氏体相变，当温度升高到奥氏体相变结束温度（A_f）以上时，镍钛形状记忆合金会完全恢复到奥氏体相的原始形状。

由于镍钛形状记忆合金具有形状记忆效应，因而在生物医学领域得到广泛的应用，其中镍钛形状记忆合金接骨板就是一种非常典型的应用案例。镍钛形状记忆合金接骨板在人体内的服役环境，不仅要求其具有良好的形状记忆效应，还要求其表面具有良好的生物相容性。研究表明，纳米级晶粒尺寸镍钛形状记忆合金具有良好的生物相容性，但形状记忆相应较差。微米级晶粒尺寸镍钛形状记忆合金具有良好的形状记忆效应，但生物相容性较差。

目前，镍钛形状记忆合金接骨板的制备多是基于镍钛形状记忆合金板材，然而这些都是单一晶粒尺寸的板材，因为广泛采用的板材加工手段（同步轧制、异步轧制和等径角轧制等）都只能实现单一晶粒尺寸板材的制备，而无法制备出表层为纳米级尺寸晶粒，中间层为微米级尺寸晶粒的梯度晶粒组织镍钛形状记忆合金板材。另外，由于镍钛形状记忆合金在较低温度条件下的变形抗力高，应变硬化显著，而且塑性较低，因此镍钛形状记忆合金板材的加工制备多在中-高温条件下进行，涉及到对板材的多次加热处理，存在板材被高温氧化的问题，且生产成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种具有梯度晶粒组织的镍钛形状记忆合金板材，该板材的制备能显著降低其生产成本，并防止板材被高温氧化。

本发明的技术方案如下：

一种具有梯度晶粒组织的镍钛形状记忆合金板材的制备方法，所述板材是表面有纳米级尺寸晶粒而板材中间层有微米级尺寸晶粒的梯度晶粒组织结构的镍钛形状记忆合金板材，采用以下方法制备获得：

（1）包套板材：在镍钛形状记忆合金板材外包套钢板，并固定；

（2）变形：对包套后的板材进行轧制，轧制道次压下量为40-60%，镍钛形状记忆合金板材的减薄率不低于35%；再将轧制后的板材进行连续弯曲变形，连续弯曲模具转角处内圆角半径为12-18mm；

（3）退火阶段：切取将连续弯曲后输出的平整板材，将变形镍钛形状记忆合金板材从中分离出，进行防高温氧化处理后，进行再结晶退火处理，得到所述具有梯度晶粒组织的镍钛形状记忆合金板材。