一種Ti-Ni基記憶合金熱擠壓潤滑方法與流程

本發明涉及一種Ti-Ni基記憶合金熱擠壓潤滑方法，具體為一種Ti-Ni基記憶合金熱擠壓加工時的潤滑方法，屬于Ti-Ni基記憶合金加工領域。

背景技術：

形狀記憶合金是以等原子比TiNi合金系為代表的智能金屬，具有獨特的形狀記憶特性。形狀記憶效應是合金在低溫下變形后在加熱到某臨界溫度以上時發生恢復至初始形狀的一種特殊性能。利用形狀記憶合金材料的該特性工程中制備出多種驅動、執行元件，目前在機械和自動化工業中已得到廣泛應用。其中，形狀記憶合金管接頭是其典型代表，其原理是同樣利用記憶回復特性在低溫下將某尺寸的管接頭擴徑，使其內徑尺寸變大，與被接管間隙配合，升溫后管接頭由于其形狀記憶效應，管接頭發生回復，內徑開始向原始內徑恢復，從而對被接管產生接觸和抱緊，使管路緊固連接和密封。目前，記憶合金管接頭在航天、軍工領域得到廣泛應用。

Ti-Ni基記憶合金的記憶性能等特性的優劣由材料本身組織狀態所決定，而適當的加工方法是材料獲得良好組織狀態的保證。熱擠壓技術是金屬材料常用的加工方式，它具有短流程，大變形量等特點，是傳統金屬有效的工業化生產手段。但是目前，采用傳統結構鈦合金的熱擠壓方法無法生產出質量合格的Ti-Ni基記憶合金擠壓材(特別是管材)。所以目前應用廣泛的Ti-Ni基記憶合金航空管接頭多數是通過棒料車削加工獲得，該工藝先鍛造開坯、鉆孔、軋制，然后再熱/冷拔成所需成型管件，加工流程冗長；同時這種加工方式不僅嚴重的浪費了材料，特別是，在某些大直徑管路連接件研制時，還不能獲得良好的組織狀態。因此解決Ti-Ni基記憶合金擠壓工藝成為解決并擴展其工程應用的重要內容。

解決Ti-Ni基記憶合金擠壓工藝最主要的是要解決擠壓工藝中潤滑的問題。Ti-Ni基記憶合金在熱加工區間內變形抗力大，采用傳統鈦合金擠壓潤滑工藝(如，玻璃潤滑，金屬包套法(銅、鐵等))不能有效解決擠壓過程潤滑問題，Ti-Ni基記憶合金在擠壓過程會出現潤滑條件不良導致的表面拉裂紋、啃模具、悶車等問題，參見圖1-a至圖1-c。因此，本發明提出在Ti-Ni基記憶合金坯料表面熱噴涂一層金屬鎳作為熱擠壓的潤滑層的方法，解決并實現了Ti-Ni基記憶合金熱擠壓過程潤滑工藝問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種能夠改善Ti-Ni基記憶合金熱擠壓潤滑的方法，實現Ti-Ni基記憶合金的熱擠壓工藝。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種Ti-Ni基記憶合金熱擠壓潤滑方法：在熱擠壓加工之前，采用熱噴涂方式在Ti-Ni基記憶合金擠壓坯料表面形成鎳金屬層，該鎳金屬層在擠壓過程中充當金屬潤滑層，達到擠壓潤滑的作用。

上述Ti-Ni基記憶合金擠壓坯料在進行熱噴涂之前，預先進行如下處理：

(1)將Ti-Ni基記憶合金工件進行扒皮、平端口等機加工得到擠壓坯料；

(2)將擠壓坯料進行酸洗或表面噴砂等工藝獲得表面干凈無氧化皮的坯料。

所述的鎳金屬層的厚度可為0.1-2.0mm，優選為0.5-1.0mm。

將上述潤滑方法得到的表面覆蓋鎳金屬層的Ti-Ni基記憶合金擠壓坯料進行擠壓加工，然后去除表面附著的鎳金屬層，得到表面質量良好的Ti-Ni基記憶合金棒材、管材或T型材等。

本發明方法中，第一，采用熱噴涂方式使得Ti-Ni基記憶合金擠壓坯料覆蓋一層鎳噴涂層，該噴涂層在坯料加熱過程中能夠起到Ti-Ni基記憶合金擠壓坯料抗氧化涂層的作用。第二，由于Ti-Ni基記憶合金材料本身含有鎳元素，在加熱和擠壓過程中能夠減少鎳層對Ti-Ni合金坯料的擴散速度，減少潤滑層金屬元素對Ti-Ni基記憶合金的化學元素擴散污染。第三，采用噴涂方式附著的鎳金屬層與坯料基體具有一定結合力，在擠壓過程能夠提高潤滑金屬層的附著力，比傳統金屬包套的方法更能保證潤滑金屬層完整性。

本發明提供Ti-Ni基記憶合金熱擠壓潤滑方法能夠改善Ti-Ni基記憶合金熱擠壓過程的潤滑情況，實現Ti-Ni基記憶合金材料棒、管等熱擠壓加工。

本發明所達到的有益效果是：該Ti-Ni基記憶合金熱擠壓潤滑方法有效改善Ti-Ni基記憶合金熱擠壓時的潤滑工況，實現了Ti-Ni基記憶合金材料棒、管等熱擠壓加工，填補了Ti-Ni基記憶合金管、棒等加工的熱擠壓加工技術的空白。

下面通過具體實施方式對本發明做進一步說明，但并不意味著對本發明保護范圍的限制。

附圖說明

圖1-a至圖1-c為采用傳統潤滑方式產生的擠壓問題，其中，圖1-a：擠壓材表面拉裂紋，圖1-b：模具啃咬嚴重，圖1-c：悶車。

圖2-a至圖2-c為采用本發明潤滑方法的產品的外觀，其中，圖2-a：Ti₄₄Ni₄₇Nb₉擠壓棒材；圖2-b：傳統玻璃潤滑(上)與本發明潤滑的熱擠壓TiNi_50.8合金管表面質量對比；圖2-c：Ti₅₀Ni₄₇Fe₃記憶合金擠壓T型材。

具體實施方式

本發明Ti-Ni基記憶合金熱擠壓潤滑方法，包括如下具體步驟：

(1)將Ti-Ni基記憶合金工件進行扒皮、平端口等機加工得到擠壓坯料；

(2)將擠壓坯料進行酸洗或表面噴砂等工藝獲得表面干凈無氧化皮的坯料；

(3)然后在擠壓坯料的表面進行熱噴涂，得到表面覆蓋鎳金屬層的Ti-Ni基記憶合金擠壓坯料。

擠壓坯料經過表面噴涂鎳層處理后再進行擠壓工序。

實施例1

在850噸、擠壓筒直徑為95mm的擠壓機上實現Ti₄₄Ni₄₇Nb₉記憶合金20mm棒材熱擠壓工藝。

具體步驟是：

第一步：機加工擠壓坯料

在直徑100mm的Ti₄₄Ni₄₇Nb₉記憶合金鑄錠坯料上截取200mm長擠壓坯料。機加工扒皮、平端面加工擠壓坯料；由于擠壓坯料要預留出后期噴涂鎳層厚度，本次加工擠壓坯料外徑為90mm。

第二步：噴砂處理

采用噴砂處理方式去除機加工坯料表面油漬，并使坯料形成粗糙的表面。

第三步：熱噴涂鎳層

采用熱噴涂的方式在Ti₄₄Ni₄₇Nb₉記憶合金擠壓坯料的表面形成一層1mm厚的鎳噴涂層。

第四步：擠壓

選擇合適模具，并在下述擠壓參數范圍內對Ti₄₄Ni₄₇Nb₉記憶合金擠壓坯料進行擠壓。具體擠壓參數為：

擠壓溫度： 950℃

擠壓速度： 70-85mm/s

擠壓筒溫度： 300-400℃

擠壓順利進行，獲得20mmTi₄₄Ni₄₇Nb₉記憶合金擠壓棒材，如圖2-a所示。棒材表面仍然完整附著鎳層；去除表面附著的鎳層后，Ti₄₄Ni₄₇Nb₉記憶合金表面質量良好。

實施例2

在850噸、擠壓筒直徑為95mm的擠壓機上實現TiNi_50.8記憶合金外徑44mm，內徑24mm管材的擠壓。

第一步：機加工擠壓坯料

在直徑100mm的TiNi_50.8記憶合金鑄錠坯料上截取200mm長擠壓坯料。機加工扒皮、平端面加工擠壓坯料；由于擠壓坯料要預留出后期噴涂鎳層厚度，本次加工擠壓坯料外徑為92mm，預制內孔為24mm。

第二步：噴砂處理

采用噴砂處理方式去除機加工坯料表面油漬，并使坯料形成粗糙的表面。

第三步：熱噴涂鎳層

采用熱噴涂的方式在TiNi_50.8記憶合金擠壓坯料的表面形成一層0.5mm厚的鎳噴涂層。

第四步：擠壓

選擇合適模具及擠壓芯棒，并在下述擠壓參數范圍內對TiNi_50.8記憶合金擠壓坯料進行擠壓。具體擠壓參數為：

擠壓溫度： 920℃

擠壓速度： 60-85mm/s

擠壓筒溫度： 室溫-400℃

擠壓順利進行，獲得外徑44mm、內徑24mm的TiNi_50.8記憶合金擠壓管材。

管材表面仍然完整附著鎳層；去除表面附著的鎳層后，TiNi_50.8記憶合金表面質量良好，參見圖2-b的下部，圖的上部為采用傳統玻璃潤滑方法熱擠壓的TiNi_50.8合金管表面。

實施例3

在500噸、擠壓筒直徑為95mm的擠壓機上實現Ti₅₀Ni₄₇Fe₃記憶合金外徑T型材的擠壓加工。

第一步：機加工擠壓坯料

在直徑100mm的Ti₅₀Ni₄₇Fe₃記憶合金鑄錠坯料上截取200mm長擠壓坯料。機加工扒皮、平端面加工擠壓坯料；由于擠壓坯料要預留出后期噴涂鎳層的厚度，本次加工擠壓坯料外徑為91mm。

第二步：噴砂處理

采用噴砂處理方式去除機加工坯料表面油漬，并使坯料形成粗糙的表面。

第三步：熱噴涂鎳層

采用熱噴涂的方式在Ti₅₀Ni₄₇Fe₃記憶合金擠壓坯料的表面形成一層0.75mm厚的鎳噴涂層。

第四步：反擠壓

選擇合適模具，并在下述擠壓參數范圍內對Ti₅₀Ni₄₇Fe₃記憶合金擠壓坯料進行擠壓。具體擠壓參數為：

擠壓溫度： 900℃

擠壓速度： 75-85mm/s

擠壓筒溫度： 350-400℃

擠壓順利進行，獲得Ti₅₀Ni₄₇Fe₃記憶合金擠壓T型材，如圖2-c所示。

本發明區別于傳統的玻璃粉潤滑和包套潤滑等，采用了噴涂鎳金屬層的擠壓潤滑方式，鎳金屬層在擠壓過程中充當金屬潤滑層，達到擠壓潤滑的作用，能夠改善Ti-Ni基記憶合金熱擠壓過程的潤滑情況，達到Ti-Ni基記憶合金正/反擠壓管、棒等材料的潤滑要求，加工出質量合格Ti-Ni基記憶合金擠壓材。