[发明专利]一种镍钛形状记忆合金构件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镍钛形状记忆合金构件及其制备方法，该镍钛形状记忆合金构件及其制备方法采用成形仓低氧条件下的激光选区熔化法，使用15～53微米的镍钛合金粉末，其中镍的原子分数含量为50.5％～51.0％，余量为钛。采用该制备方法，解决了镍钛合金的加工难题，可用于制备具有复杂结构的镍钛合金构件；且能够在较大范围调整激光熔化工艺参数，如激光功率、扫描速度、扫描间距等，从而得到具有多个相变温度且温度差大的镍钛形状记忆合金构件，并且保持了镍钛合金构件的良好力学性能，能够得到具有多动作变形行为或可编程变形行为功能的镍钛合金构件。

技术领域

本发明涉及金属材料及增材制造技术领域，特别涉及一种镍钛形状记忆合金构件及其制备方法。

背景技术

与传统的减材加工模式不同，增材制造(俗称3D打印)是依据数字模型，通过“离散—堆积”的原理，利用激光、电子束等热源，将粉末、丝材、箔材等按照预先设定的三维模型逐层累积，最终制备所需构件的一种新型加工技术。增材制造技术可以成形高度复杂的结构，同时具有高度自动化、可定制化等特点，受到国内外广泛关注并快速发展。

镍钛合金是一种具有形状记忆效应的金属智能材料，能够将自身的变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的特种合金。除了功能特性外，镍钛合金还表现有优良的力学性性能，例如，其延伸率可达20％以上，并具有优异的抗疲劳性能、阻尼特性、耐腐蚀性，以及良好的生物相容性。因此可以满足各类工程和医学的应用需求，是一种性能优越、应用前景广阔的功能材料。

然而，镍钛合金的机加工性能和焊接能力均较差，传统的金属材料的加工成型技术不适用于复杂镍钛合金构件的生产，尤其是对于具有不同相变温度区域的同一个构件，采用传统的金属材料加工成型方法难以实现。传统的镍钛合金构件是采用均质材料加工而成，整个构件的不同部位具有相同的相变温度，在外界温度激励下，当升温至某一温度后，构件的不同部位会同时发生形状回复，传统的NiTi合金构件只能对一个温度进行响应，不能响应多个温度激励。

目前，制备具有多个相变温度区域的镍钛合金构件的方法主要有两种：(1)利用激光对传统镍钛合金板材或丝材进行处理，即对镍钛合金丝或板不同部位进行激光重熔，使一部分镍挥发，进而改变局部的相变温度，对不同部位使用不同激光重熔工艺，得到具有多个相变温度区域的镍钛合金构件；(2)利用激光选区熔化技术，通过改变工艺参数来改变相变温度，使不同部位在不同的激励温度下发生回复。

上述方法都具有一定的缺陷：采用传统方法难以加工镍钛合金的复杂构件，结构通常简单，功能相对单一，也难以有效调控镍钛合金构件局部的相变温度，因此传统方法制备的镍钛合金构件不同的部位往往具有相同的相变温度，在外界激励下，只能对单一温度进行响应，不能实现多动作变形；激光局部加热熔融技术仅能对较薄的板材或较细的丝材进行处理，不适用于厚板或者粗丝；且仅能对结构较为简单的镍钛合金构件进行加工，例如板材或丝材，难以应用到结构复杂的镍钛合金构件中，因为利用传统方法难以加工复杂镍钛合金构件，激光也照射不到复杂构件的某些部位，无法对这些部位进行重熔处理；采用激光选区熔化方法加工镍钛合金构件，为了获得致密的构件，工艺参数可变范围小，导致相变温度的可调范围较小，难以将不同部位的相变温度分开，即不同部位的相变温度差较小，也难以进一步增加相变温度不同的相变温度区域，若大范围改变激光选区熔化工艺参数，如激光功率、扫描速度等参数，会造成构件的力学性能下降，材料会变得比较脆，导致镍钛合金构件的可变形量急剧降低，即仅能对镍钛合金构件进行小变形，若施加外力对其进行大幅度变形，会对构件的物理结构产生损坏。

因此，需要开发一种能够适用于全部镍钛合金构件(包括简单构件和复杂构件)，不同相变温度区域之间的相变温度差大，同时又能保持镍钛合金构件具有良好力学性能的镍钛形状记忆合金构件及其制备方法。

发明内容