[发明专利]一种非冷变形高弹热效应Ti-Ni块材及制备方法

说明书

本发明公开了一种非冷变形高弹热效应Ti‑Ni块材及制备方法，包括：将48.8～49.3％Ti、50.7～51.2％Ni金属原料进行氩弧熔炼；将熔融态合金吸铸成型并电火花线切割；进行固溶均匀化处理使微观成分均匀化，时效处理，电化学表面修整，获得粗晶块体Ti‑Ni合金块材。本发明制得的Ti‑Ni块材无需冷变形加工，板状块材厚度为毫米级别，在非冷变形条件下实现了相近的弹热效应，绝热温变最大可达22.7K，可实现更大范围下的弹热制冷应用。本方法显著提升了材料的弹热效应，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一类非冷变形的高弹热性能的块体Ti-Ni合金材料及其制备方法，特别是一种能够超过19K绝热温度下降的块体Ti-Ni材料。

背景技术

当今世界的制冷技术被广泛应用，制冷能耗超过全球总电力消耗的20％，然而以蒸汽压缩为代表的传统制冷技术同时带来了一系列环境问题。弹热制冷技术具有环境友好和高制冷效率的优点，被认为是最具潜力的替代旧制冷机制的新型制冷技术之一，近年来受到广泛的关注。

弹热材料的基本性能评价指标是特定环境下的绝热温变和等温熵变。大尺度的弹热材料的应用，要求材料同时具有高绝热温变和块体材料状态。目前的高弹热性能形状记忆合金材料多为丝材或薄膜材料，这限制了弹热材料在大尺度的应用；此外，丝材、片材等的形状记忆合金的制造依赖拉拔、挤压等低温冷变形机械加工手段，加工困难、耗时，对材料塑性要求苛刻。因此，优化块体合金的弹热性能、改良材料加工条件对推进弹热材料的应用有重要意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种非冷变形的高弹热效应Ti-Ni块材及其制备方法，通过产生纳米级析出物和调控纳米析出物的含量实现了弹热效应的增强，从而避免了合金制造中的冷变形等机械加工过程；制备的块材具有高的弹热性能和毫米级的材料宏观尺度。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种非冷变形高弹热Ti-Ni块材及制备方法，包括如下步骤：

1)按照原子比将原料48.8～49.3％Ti、50.7～51.2％Ni在熔炼炉工作电流下进行氩弧熔炼，电磁搅拌，铸锭多次翻面熔炼，获Ti-Ni铸锭块材底料；

2)将步骤1)处理后的铸锭块材底料通过电弧加热为熔融状态，真空吸铸，获得成型铸锭块材，切割为合金板状块体材料；

3)步骤2)处理后的板状块体材料打磨去除表面氧化层，在真空条件下固溶均匀化处理，使合金微观成分均匀化；

4)步骤3)处理后的板状块体材料在Ar气环境下封管，进行时效处理，之后进行水冷淬火处理至室温，获得时效态粗晶合金板状块材；

5)步骤4)处理后的板状块体材料通过电化学抛光方法进行表面修整，最终获得毫米级厚度的非冷变形的粗晶Ti-Ni合金板状块材。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：

优选的，所述步骤1)中，在原料50.7～51.2％Ni中进一步掺杂原子比≤0.5％的Cr元素，以进一步调控合金相变过程中的内耗行为。

优选的，所述步骤1)中，铸锭在300～450A工作电流下进行单次1min的熔炼和5次翻面；熔炼电磁搅拌电流为15A。

优选的，所述步骤2)中，铸型通过室温循环水冷却，开型时间为吸铸后60～90s。

优选的，所述步骤3)中，固溶均匀化处理真空度为10^-4～10^-3Pa，温度为1100℃，处理时间为0.5～2h。

优选的，所述步骤4)中，在300～375℃时效处理，处理时间为0.5～25h。