[发明专利]具有功能基元序构的超高超弹性钛镍形状记忆合金及其4D打印制备方法与应用

权利要求书

1.一种具有功能基元序构的超高超弹性钛镍形状记忆合金，其特征在于，包括如下特征：

(1)微观结构特征：具有功能基元序构的超高超弹性钛镍形状记忆合金包含胞状晶区、过渡区和热影响区3个特征区，这3个特征区构成了一个功能基元；

(2)成分特征：具有功能基元序构的超高超弹性钛镍形状记忆合金中的胞状晶区、过渡区和热影响区的镍含量不同，且具有梯度变化的特征；

(3)功能特征：具有功能基元序构的超高超弹性钛镍形状记忆合金中的胞状晶区、过渡区和热影响区的纳米硬度、杨氏模量、应力诱导马氏体相变的临界应力不同，且具有梯度变化的特征；

所述特征(1)中由3个特征区构成的功能基元序构，在钛镍形状记忆合金中循环出现，且3个特征区的基体全为奥氏体相，同时胞状晶区的占比为20～25％，过渡区的占比为20～25％，热影响区的占比为50～60％；

所述特征(1)中的胞状晶区其晶粒尺寸为600～1000nm，晶界分布着尺度为40～100nm的Ti₂Ni纳米沉淀相；过渡区的晶粒内部弥散分布着尺度为20～60nm的Ti₂Ni纳米沉淀相；热影响区分布着大量的Ni₄Ti₃簇，其尺寸为1～5nm。

2.根据权利要求1所述的具有功能基元序构的超高超弹性钛镍形状记忆合金，其特征在于，所述特征(2)中，胞状晶区、过渡区和热影响区中的基体镍含量梯度减少，且镍原子占比变化范围为50％～53％。

3.根据权利要求1所述的具有功能基元序构的超高超弹性钛镍形状记忆合金，其特征在于，所述特征(3)中，胞状晶区、过渡区和热影响区的纳米硬度、杨氏模量、应力诱导马氏体相变的临界应力梯度变化，其中纳米硬度和杨氏模量梯度增加，应力诱导马氏体相变的临界应力梯度减小，且纳米硬度的变化范围为3.5～5.5GPa、杨氏模量的范围为50～66GPa。

4.一种根据权利要求1所述的具有功能基元序构的超高超弹性钛镍形状记忆合金的4D打印制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制粉：将纯钛和纯镍各自进行熔炼，得到单一的钛棒和镍棒，通过等离子雾化法、电极感应熔炼气体雾化法或等离子旋转电极雾化制粉法制备单质的钛粉与镍粉，所述钛粉与镍粉粉末颗粒尺寸范围为100～1000nm或15～53μm，其中至少有一种粉末的粒径范围为15～53μm，钛粉氧含量为510～650ppm，镍粉氧含量为700～800ppm；

(2)混粉与粉末改性：将步骤(1)中所得单质钛粉和镍粉置于放电等离子体辅助球磨机中进行放电处理，对混合粉末进行表面改性，混合粉末中镍的原子占比在50～53％；

(3)4D打印成形：将步骤(2)中经过混粉与粉末改性的混合粉末通过选区激光熔化成形，得到钛镍形状记忆合金；

所述步骤(3)中4D打印制备方法的工艺参数为：激光功率70～150W，激光扫描速度80～200mm/s，铺粉层厚为30μm，扫描间距为100μm。

5.根据权利要求4所述的具有功能基元序构的超高超弹性钛镍形状记忆合金的4D打印制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中等离子体球磨机对混合粉末进行放电处理时，控制参数为：电压130～150V，电流控制在1～1.4A，电极转速400～800r/min，每次放电处理持续时间为0.5～2h，相邻两次放电处理的间隔为15～45min，放电处理次数为2～8次。

6.一种根据权利要求1至3任一项所述的具有功能基元序构的超高超弹性钛镍形状记忆合金在制备眼镜框、牙列矫正丝、加压接骨板、脊柱矫形棒、驱动装置、执行元器件、智能控温器件、自展开桁架、自展开通讯卫星零部件、变体航空器零部件中的应用。

7.一种根据权利要求1至3任一项所述的具有功能基元序构的超高超弹性的钛镍形状记忆合金在制备关节植入件、脊柱植入件、肩部植入件、颅颌面植入件、足踝植入件中的应用。