[发明专利]一种改善3D打印镍钛铜合金综合性能的热处理方法

说明书

本发明提供了一种改善3D打印镍钛铜合金综合性能的热处理方法，包括如下步骤：步骤S1，3D打印成形：采用选区激光熔化方法打印成形3D打印镍钛铜形状记忆合金零件；打印完成后，待基板温度降温至70℃以下，取下带有打印件的基板，将基板和打印件置于炉内保温，去应力退火，随后空冷至室温；利用线切割将打印件从基板上切下，并用自动研磨机处理零件表面，磨去线切割形成的氧化皮，得到表面平整光亮的镍钛铜合金零件；步骤S2，封管处理；步骤S3，高温固溶处理；步骤S4，时效处理；步骤S5，后处理。本发明解决了现有技术中3D打印镍钛铜合金的微观组织不均匀、残余应力高等问题。

技术领域

本发明属于合金热处理技术领域，涉及一种改善3D打印镍钛铜合金综合性能的热处理方法。

背景技术

镍钛铜合金是一种综合性能优异的形状记忆合金，表现出高功率比、高可恢复应力以及优异的疲劳性能，广泛应用于微驱动器装置和弹簧制动器中。采用3D打印方法制备镍钛铜合金，能够克服传统加工工艺成本高、工艺复杂，难以实现复杂结构成形的缺点，同时保证零件的光洁度和几何精度，实现结构-功能一体化形状记忆合金的制造。

然而，作为一种快速凝固工艺，3D打印成形过程中复杂的热历史(熔池内部温度高、熔池边界上冷却速度快)会导致非平衡凝固加剧，微观组织不均匀；合金反复重熔，使得打印态合金中残余应力高，影响其综合性能。设计合理的热处理工艺能够释放打印态零件的内应力，改善组织和成分均匀性，提升合金性能稳定性；同时，热处理能够调控第二相析出，从而提升打印态零件的力学性能和功能特性。但目前对于镍钛铜形状记忆合金的热处理工艺的相关研究较少。所以，开发一种能够改善3D打印镍钛铜合金综合性能的热处理工艺符合当前技术需求。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种改善3D打印镍钛铜合金综合性能的热处理方法，解决了现有技术中3D打印镍钛铜合金的微观组织不均匀、残余应力高等问题。

本发明所采用的技术方案是，一种改善3D打印镍钛铜合金综合性能的热处理方法，包括如下步骤：

步骤S1，3D打印成形：采用选区激光熔化方法打印成形3D打印镍钛铜形状记忆合金零件；打印完成后，待基板温度降温至70℃以下，取下带有打印件的基板，将基板和打印件置于炉内保温，去应力退火，随后空冷至室温；利用线切割将打印件从基板上切下，并用自动研磨机处理零件表面，磨去线切割形成的氧化皮，得到表面平整光亮的镍钛铜合金零件；

步骤S2，封管处理：将上述步骤得到的镍钛铜合金零件密封于石英管中，通入高纯氩气；

步骤S3，高温固溶处理：将封管后的镍钛铜合金零件放置于950±20℃的箱式炉中，保温2h±15min，随后立即取出样品，放入室温水中进行冷却；

步骤S4，时效处理：将固溶后的镍钛铜合金零件放置于550±20℃的箱式炉中，保温0.5h～8h后，取出石英管将石英管破碎，使镍钛铜合金零件落入水中，进行水冷，冷却至室温；

步骤S5，后处理：时效处理后，磨去表面氧化层。

进一步地，所述步骤S1中，3D打印所用原料为镍钛铜合金粉末，采用气雾化法制得，成分按质量百分比计为：

镍45.0～46.0％；铜10.0～11.0％；硅≤0.12％；氧≤0.10％，铝≤0.10％；铁≤0.05％；铬≤0.05％；钴≤0.05％；钼≤0.05％；锆≤0.05％；其他元素除钛外：每种≤0.03％，合计≤0.10％；钛为余量。

进一步地，所述步骤S1中3D打印采用的设备为BLT-A320选区激光熔化金属3D打印机。

进一步地，所述步骤S1中，打印工艺参数如下：激光功率为100-240W，扫描速度为800-1200mm/s，扫描间距为60-100μm，光斑直径为60-100μm，铺粉层厚为40μm；扫描策略为条带分区加层间旋转，其中条带宽度为4mm，层间旋转角度为67°，起始扫描夹角为57°。