[发明专利]一种高Ni纳米晶NiTi形状记忆合金型材及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高Ni纳米晶NiTi形状记忆合金型材及其制备方法。在该型材中，高Ni纳米晶NiTi形状记忆合金的化学式为Ni_aTi_100‑a，51.2≤a≤55。本发明提供的上述型材的制备方法包括如下步骤：使Ni、Ti原材料依次经过熔炼、均匀化退火、热锻成型、塑性加工处理，制得型材初坯；对所述型材初坯进行高温固溶处理、低温时效处理、冷变形处理、晶化退火处理，得到所述高Ni纳米晶NiTi形状记忆合金型材。本发明的高Ni纳米晶NiTi记忆合金型材中存在晶界富Ni而晶内贫Ni的成分非均匀现象。此外，该高Ni纳米晶NiTi记忆合金型材能够在‑190℃至120℃的温度范围内具有良好的超弹特性。

技术领域

本发明涉及金属纳米材料技术领域，尤其涉及一种高Ni纳米晶NiTi形状记忆合金型材的制备方法。

背景技术

NiTi形状记忆合金已广泛应用于生物医疗、航空航天、汽车等领域。尤其是深空(月球、火星等)探测器对材料的轻质化和服役温度的特殊需求，要求NiTi形状记忆合金在宽温域具有高超弹应力。已报道NiTi形状记忆合金无法满足上述要求。众所周知，对于超弹NiTi记忆合金，增加Ni含量，可快速降低A_f(Ni原子含量每增加0.1％摩尔，A_f下降10℃)，显著拓宽奥氏体稳定存在温域。同时，提高固溶Ni原子含量可以阻碍应力诱发马氏体相变，显著提高超弹应力。由此可猜测，高Ni含量的NiTi记忆合金(如：Ni₅₂Ti₄₈ at.％)有望在宽温域内实现高超弹应力。令人失望的是，采用传统方法(高温固溶+淬火)制备的高Ni-NiTi记忆合金在较宽温度范围内呈现拉伸脆断，而无法展现出拉伸超弹特性。我们推测，若能提高高Ni-NiTi记忆合金断裂强度，使得断裂强度高于超弹应力，便可展现其超弹特性。其中，细晶强化是一种提高断裂强度的有效方法。

研究表明，已报道的纳米晶NiTi记忆合金相对于粗晶NiTi记忆合金具有超高的屈服强度或断裂强度。然而，现有制备纳米晶NiTi形状记忆合金是通过大塑性变形加后续低温晶化退火所得。而对于固溶态高的Ni-NiTi记忆合金，当Ni的原子百分比大于51％时，合金的塑性较差，不能进行大塑性变形加工，因此无法通过大塑性变形加后续低温晶化退火方法实现纳米晶化。因此，如何制备高Ni纳米晶NiTi形状记忆合金是当前急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种高Ni纳米晶NiTi形状记忆合金型材及其制备方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种高Ni纳米晶NiTi形状记忆合金型材，其中，高Ni纳米晶NiTi形状记忆合金的化学式为Ni_aTi_100-a，51.2≤a≤55。即在高Ni纳米晶NiTi形状记忆合金，Ni的原子百分比含量为a％，Ti的原子百分比含量为(100-a)％。

根据本发明的具体实施方案，优选地，上述高Ni纳米晶NiTi形状记忆合金由均匀的NiTi纳米晶组成。纳米晶的晶粒平均直径优选为5-50nm，例如10nm。

根据本发明的具体实施方案，优选地，在高Ni纳米晶NiTi形状记忆合金型材中，纳米晶的晶界富Ni而晶内贫Ni，具有明显的成分非均匀特征。

根据本发明的具体实施方案，该型材可以为丝材、板材或棒材等。

本发明还提供了上述高Ni纳米晶NiTi形状记忆合金型材的制备方法，其包括如下步骤：

使Ni、Ti原材料依次经过熔炼、均匀化退火、热锻成型、塑性加工处理，制得型材初坯；

对所述型材初坯进行高温固溶处理、低温时效处理、冷变形处理、晶化退火处理，得到所述高Ni纳米晶NiTi形状记忆合金型材。