形状记忆合金的功能性调控方法与流程

文档序号:19191472发布日期:2019-11-20 02:12
形状记忆合金的功能性调控方法与流程

本发明涉及形状记忆合金工艺处理领域,特别是涉及一种形状记忆合金的功能性调控方法。



背景技术:

形状记忆合金是一种功能材料,它具有形状记忆效应、超弹性效应、高阻尼特性、杨氏模量温度相关性和生物相容性等功能特性,广泛应用于工业工程和生物医学领域。其功能特性的调控对于其应用的扩展具有重要意义。目前,功能特性的调控方法主要有:改变合金成分、调节原子比、施加冷变形、构造多孔结构等。然而改变合金成分和调节原子比需要在冶金阶段进行,成本较高、适用性和灵活性较低。对于已经确定外形的形状记忆合金成品与半成品,改变合金成分、调节原子比、施加冷变形量、构造多孔结构已不再适用。而且传统的调控方法往往会改变原始晶粒尺寸。由于晶粒尺寸为纳米晶、超细晶的形状记忆合金往往比晶粒尺寸为粗晶的形状记忆合金具有更高的强度、硬度、弹性模量、疲劳抗性、抗腐蚀性和低生物毒性,传统的调控方法就会使得原始晶粒尺寸下的细晶强化作用丧失。



技术实现要素:

鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种形状记忆合金的功能性调控方法,用于解决现有技术中传统调控方法往往会改变原始晶粒尺寸的问题。

为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种形状记忆合金的功能性调控方法,对形状记忆合金进行低温时效,低温时效后所述形状记忆合金的晶粒尺寸不变,所述形状记忆合金的功能特性改变;在低温时效时的时效温度需满足:在所述形状记忆合金的再结晶温度或者晶粒长大温度以下。

优选的,所述形状记忆合金的功能特性包括超弹性和形状记忆特性。

优选的,控制所述低温时效时的时效温度的方法为炉内加热、电流加热、电磁加热或激光加热。

优选的,所述形状记忆合金包括au-cd、ag-cd、cu-zn、cu-zn-al、cu-zn-sn、cu-zn-si、cu-sn、cu-zn-ga、in-ti、au-cu-zn、nial、fe-pt、ti-ni、ti-ni-pd、ti-nb、u-nb和fe-mn-si。

优选的,所述形状记忆合金为niti形状记忆合金。

优选的,所述niti形状记忆合金的功能性包括超弹性和形状记忆特性。

如上所述,本发明的形状记忆合金的功能性调控方法,具有以下有益效果:时效之后不改变原始晶粒尺寸,改变其微观组织、相变特性,从而改变其功能特性,达到调控形状记忆合金功能特性的目的;即保留纳米晶、超细晶形状记忆合金的高强度、高硬度、高弹性模量、高疲劳抗性、高抗腐蚀性和低生物毒性的同时,对形状记忆合金功能特性进行调控。

附图说明

图1显示为本发明的低温时效前后粗晶niti形状记忆合金的晶粒尺寸变化对比图。

图2显示为本发明的低温时效前后纳米晶niti形状记忆合金的晶粒尺寸变化对比图。

图3显示为纳米晶/超细晶niti形状记忆合金低温时效引入纳米析出相及晶界偏析示意图。

图4显示为低温时效前后纳米晶和粗晶niti形状记忆合金的dsc曲线。

图5显示为niti形状记忆合金超弹性的改变示意图。

图6显示为niti形状记忆合金应力滞调控方法的对比图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图6。须知,本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种形状记忆合金的功能特性调控方法,具体如下:对形状记忆合金进行低温时效,在低温时效时的时效温度需满足:在形状记忆合金再结晶温度或者晶粒长大温度以下;低温时效后所述形状记忆合金的晶粒尺寸不变,所述形状记忆合金的功能特性改变。本方法可以应用于各种形状记忆合金,被时效形状记忆合金的晶粒尺寸包括粗晶(晶粒尺寸>1微米),超细晶(100纳米<晶粒尺寸≤1微米)和纳米晶(晶粒尺寸≤100纳米)。被调控的形状记忆合金包括但是不限于au-cd、ag-cd、cu-zn、cu-zn-al、cu-zn-sn、cu-zn-si、cu-sn、cu-zn-ga、in-ti、au-cu-zn、nial、fe-pt、ti-ni、ti-ni-pd、ti-nb、u-nb和fe-mn-si等。

低温时效后的效果:不会改变被时效形状记忆合金的晶粒尺寸,原始细晶强化作用不被破坏,可能会发生析出相沉淀,晶界偏析等微观组织的变化,还可能改变形状记忆合金的相变序列,从而使形状记忆合金的功能特性发生改变。控制上述时效温度的方法包括但是不限于炉内加热、电流加热、电磁加热、激光加热等方式。被调控的形状记忆合金的功能特性包括但是不限于超弹性、形状记忆特性等。

以niti形状记忆合金为例对其进行573k低温时效,下面具体对其效果进行说明。

(1)在保留原始晶粒尺寸方面,niti形状记忆合金的再结晶和晶粒长大的起始温度均大于593k,对晶粒尺寸为粗晶和纳米晶的niti形状记忆合金进行573k-2h的低温时效可以避免其晶粒长大。如图1所示,平均晶粒尺寸在20.6微米的粗晶niti形状记忆合金在经过573k-2h的低温时效之后其平均晶粒尺寸变为21.9微米,可以认为晶粒尺寸几乎没有发生变化。即保留了粗晶的晶粒尺寸。同样,如图2所示,对平均晶粒尺寸在34.2纳米的纳米晶niti形状记忆合金进行573k-2h的低温时效,其晶粒尺寸变为34.9纳米,保留了纳米晶niti形状记忆合金的晶粒尺寸。

(2)在微观组织方面,以纳米晶和粗晶的niti形状记忆合金为例,如图3所示,纳米晶/超细晶niti形状记忆合金低温时效引入纳米析出相及晶界偏析示意图;具体为:573k的低温时效使粗晶niti形状记忆合金发生纳米析出,从而析出ni4ti3沉淀相,纳米晶niti形状记忆合金发生晶界偏析,这些微观组织的变化均会影响niti形状记忆合金的功能特性。

(3)在相变特性方面,以纳米晶和粗晶的niti形状记忆合金为例,如图4所示为平均晶粒尺寸分别为纳米晶(34.2纳米)和粗晶(20.6微米)的niti形状记忆合金的相变特性曲线。图4中的nc、anc、cg和acg分别代表纳米晶、低温时效后的纳米晶、粗晶和低温时效后的粗晶。由图4可知,经过573k-2h的低温时效,在一个完整的dsc测试(即差示扫描量热法)循环中,时效前纳米晶样品与低温时效后的纳米晶样品呈现相变,时效前后其相变温度升高,时效前的粗晶样品呈现相变,而时效后的粗晶样品呈现相变其相变序列、相变温度、相变热滞和相变焓均发生了改变。

(4)在功能特性方面,以纳米晶(34.2纳米)的niti形状记忆合金的超弹性为例,如图5所示,图中虚线代表纳米晶niti合金未低温时效的超弹性曲线,实线表示纳米晶niti合金进行低温时效后的超弹性曲线。在573k的低温时效之后的纳米晶niti合金的超弹性各指标发生显著改变,应力滞大大增加,加载平台应力减小,卸载平台应力大大减小,残余应变增加等。即通过对米晶niti合金进行573k的低温时效,有效地改变了纳米晶niti合金的超弹性。

如图6所示,a线代表单纯采用晶粒尺寸调控,b线代表采用纳米析出相与晶粒尺寸耦合调控;由此可见,对晶粒尺寸为34至8021纳米的niti合金进行不同时间的低温时效,产生纳米级析出相,联合细晶强化作用,显著扩大了超弹性应力滞的可控范围和弹性能蓄能能力范围;单纯采用晶粒尺寸调控的应力滞可调控范围为:从275mpa增加到313mpa,纳米析出和晶粒尺寸组合调控的应力滞可调控范围为:从225mpa增加到400mpa,由此可见,应力滞可控范围从单纯改变晶粒尺寸获得的38mpa扩大至175mpa,可控范围增大到460%。

综上所述,本发明的形状记忆合金的功能特性调控方法,其不改变原始晶粒尺寸(粗晶、纳米晶、超细晶)的形状记忆合金功能特性调控方法,该方法具有的高效、节能、低成本、环保的优点。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

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