一種高性能形狀記憶合金及其制備方法和應用
【專利摘要】本發明公開了一種高性能形狀記憶合金，該合金由鈦、鎳、銅、鈮元素構成；按原子百分比包括如下組分：鈦原子百分比含量為45?50%、鎳的原子百分比含量為30?34%、銅的原子百分比含量為10?14%、余量為鈮。本發明制備的薄膜合金內包含納米Ti2Cu與Ti2Ni相，在進行形變過程中，納米相在轉換時無殘留，性能優異。
【專利說明】
-種高性能形狀巧憶合金及其制備方法和應用
技術領域
[0001] 本發明設及形狀記憶合金材料領域，具體設及一種高性能形狀記憶合金及其制備 方法和應用。
【背景技術】
[0002] 形狀記憶合金因其具有較高的可恢復性形變，已在生產生活中得到廣泛應用。中 國發明專利CN102864339A提出了一種彈性合金材料，所述合金材料的各組成按原子百分含 量為儀45-55at%，鐵O-lOat%，鐵 10-15at%，鉆 10-15at%，15-20at%。本技術方案的合金 材料不僅具有窄滯后超彈性能又能夠保持形狀記憶效應的合金材料。其制備方法包括W下 步驟：1 )、選取純度>99.9%的儀，純度>99.99 %鉆，純度>99.9 %的鐵，純度>99.9 %的 鐵，純度>99.99%的嫁;將上述材料按照原子百分含量配料，然后放入烙煉爐中并抽真空 至2.0Xl(T4Pa，再充入氣氣，反復烙煉后用模具冷卻吸鑄得到合金毛巧;2)、將1)中得到的 合金毛巧密封，抽真空至5.0Xl(T5Pa，在1000°C下保溫72小時，然后冷卻至室溫得到超彈性 合金材料。
[0003] 中國發明專利CN102851548A提出了一種超彈性合金，其所述合金材料的各組成按 原子百分含量為儀45-55at%，鐵O-lOat%，鐵25-35at%，鉆10-15at%e2.權利要求1所述 超彈性合金，其所述合金材料的各組成按原子百分含量為儀50at%，鐵5at%，鐵35at%，鉆 lOat% 〇
[0004] 中國發明專利CN101876016A提出了一種稀上鑲輸鉆嫁基高溫形狀記憶合金，提供 一種具有高馬氏體相變溫度、較好塑性和形狀記憶性能的稀±儀儘鉆嫁基高溫形狀記憶合 金及其制備方法。化學式為(化53Mn22Co6Gal9)100-xAx，其中4 = 〇7、￥、6(1，義的原子百分比 為0~1。將儀、儘、鉆、嫁和稀±原料放入爐內，抽真空，充入氣氣，烙煉，得稀±儀儘鉆嫁基 高溫形狀記憶合金錠材;將稀±儀儘鉆嫁基高溫形狀記憶合金錠材熱處理，隨爐冷卻;將經 過熱處理的稀±儀儘鉆嫁基高溫形狀記憶合金錠材熱社成片狀合金材料;將得到的片狀合 金材料切成試樣，熱處理后，冰水澤火，即得到稀±儀儘鉆嫁基高溫形狀記憶合金。
【發明內容】
[0005] 發明目的：為了提高形狀記憶合金的循環壽命，本發明所要解決的技術問題是提 供了一種高性能形狀記憶合金。
[0006] 本發明還要解決的技術問題是提供了一種高性能形狀記憶合金的制備方法。
[0007] 本發明還要解決的技術問題是提供了一種高性能形狀記憶合金的應用。
[000引常規的合金材料變形幾千次就會斷裂，而本發明采用磁控瓣射的方法，制備含有 獨特成分與顯微結構的合金薄膜材料，能夠將該合金的循環次數提高到幾千萬次W上。該 合金薄膜的厚度為2-50微米，其顯微結構中包含Ti2化與Ti2化相，它們為納米晶，尺寸小于 500納米。
[0009]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:一種高性能形狀記憶合金，該合金由 鐵、儀、銅、妮元素構成。
[0010] 作為優選，按原子百分比包括如下組分:鐵原子百分比含量為45-50%、儀的原子 百分比含量為30-34%、銅的原子百分比含量為10-14%、余量為妮。
[0011] 作為優選，上述高性能形狀記憶合金的厚度為2-50微米。
[001^ 作為優選，上述高性能形狀巧區合金的顯微結構中包含TisCu與TisNi相。
[OOU]作為優選，上述高性能形狀巧區合金中的TisCu與TisNi相的尺寸小于500納米。
[0014] 上述的高性能形狀記憶合金的制備方法，包括W下步驟：
[0015] 1)按照上述的合金材料制備祀材；
[0016] 2)采用磁控瓣射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至10-中aW上，充入氣氣，然 后再抽真空至l(T3Pa，調整工作電壓為500V，瓣射占空比60-70%，開始進行瓣射沉積，控制 厚度為2-50微米得到薄膜狀的形狀記憶合金；
[0017] 3)對步驟2)得到的薄膜狀的形狀記憶合金進行退火熱處理得到高性能形狀記憶 合金。
[0018] 作為優選，上述退火熱處理溫度為650-720攝氏度。
[0019] 上述的高性能形狀記憶合金在工業控制、醫療器械等方面的應用。
[0020] 有益效果:本發明具有W下優點：采用本發明的方法可W制備一種高性能形狀記 憶合金，循環次數高達幾千萬次W上，遠高于當前合金的幾千次。運是因為目前大多數形狀 記憶合金在兩種晶格狀態下轉變時，兩相之間的轉換不完全，在金屬高溫相（奧氏體）中會 出現越來越多的低溫相（馬氏體)晶體結構，幾千次就會出現裂紋，最終會導致合金斷裂。在 本發明中，會形成的納米相Ti2化相與TisNi相，其尺寸在500納米W下。當Ti2化相在B2與B19 兩種結構中轉換時，它們之間的轉換是完全的，不存在殘留，因此能夠大大提高循環壽命。
【具體實施方式】
[0021 ]下面結合【具體實施方式】對本發明作更進一步的舉例說明。
[0022] 實施例1:高性能形狀記憶合金的制備
[0023] 1、按照鐵:儀:銅:妮的原子比為50:34:14:2的比例制備祀材；
[0024] 2、采用磁控瓣射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至10-中aW上，充入氣氣，然 后再抽真空至l(T3Pa，調整工作電壓為500V，瓣射占空比60%，開始進行瓣射沉積，控制厚度 為12微米；
[0025] 3、對W上合金進行退火熱處理，溫度為650攝氏度得到高性能形狀記憶合金。
[0026] 對高性能形狀記憶合金進行循環壽命測試，樣品進行2千萬次測試后，仍未斷裂。
[0027] 該合金內包含納米Ti2化與Ti2Ni相，其尺寸80~120納米。
[002引實施例2:高性能形狀記憶合金的制備
[0029] 1.按照鐵:儀:銅:妮的原子比為48:30:10:12比例制備祀材；
[0030] 2.采用磁控瓣射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至l(T3PaW上，充入氣氣，然 后再抽真空至l(T3Pa，調整工作電壓為500V，瓣射占空比60%，開始進行瓣射沉積，控制厚度 為32微米；
[0031] 3.對W上合金進行退火熱處理，溫度為680攝氏度得到高性能形狀記憶合金。
[0032] 對高性能形狀記憶合金進行循環壽命測試，樣品進行2千萬次測試后，仍未斷裂。
[0033] 該合金內包含納米Ti2化與Ti2Ni相，其尺寸80~150納米。
[0034] 實施例3:高性能形狀記憶合金的制備
[0035] 1.按照鐵:儀:銅:妮的原子比為45:32:13:10的的比例制備祀材；
[0036] 2.采用磁控瓣射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至l(T3PaW上，充入氣氣，然 后再抽真空至l(T3Pa，調整工作電壓為500V，瓣射占空比70%，開始進行瓣射沉積，控制厚度 為47微米；
[0037] 3.對W上合金進行退火熱處理，溫度為720攝氏度得到高性能形狀記憶合金。
[0038] 對高性能形狀記憶合金進行循環壽命測試，樣品進行2千萬次測試后，仍未斷裂。
[0039] 該合金內包含納米Ti2化與Ti2Ni相，其尺寸50~120納米。
[0040] 實施例4高性能形狀記憶合金的制備
[0041] 1.按照鐵:儀:銅:妮的原子比為46:31:12:11的比例制備祀材；
[0042] 2.采用磁控瓣射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至l(T3PaW上，充入氣氣，然 后再抽真空至l(T3Pa，調整工作電壓為500V，瓣射占空比65%，開始進行瓣射沉積，控制厚度 為2微米；
[0043] 3.對W上合金進行退火熱處理，溫度為685攝氏度得到高性能形狀記憶合金。
[0044] 對高性能形狀記憶合金進行循環壽命測試，樣品進行2千萬次測試后，仍未斷裂。
[0045] 該合金內包含納米Ti2化與Ti2Ni相，其尺寸50~100納米。
[0046] 實施例5高性能形狀記憶合金的制備
[0047] 1.按照鐵:儀:銅:妮的原子比為47:33:11:9的比例制備祀材；
[004引2.采用磁控瓣射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至l0-3PaW上，充入氣氣，然 后再抽真空至l(T3Pa，調整工作電壓為500V，瓣射占空比67%，開始進行瓣射沉積，控制厚度 為50微米；
[0049] 3.對W上合金進行退火熱處理，溫度為690攝氏度得到高性能形狀記憶合金。
[0050] 對高性能形狀記憶合金進行循環壽命測試，樣品進行2千萬次測試后，仍未斷裂。 [0051 ] 該合金內包含納米Ti2化與Ti2Ni相，其尺寸50~100納米。
[0化2] 對比例1
[0053] 1.按照lat %儘、0.4at %欽、51at %鐵、44at %儀、3.6at %鐵的比例配置原料；
[0054] 2.將原料混合均勻，放入非自耗真空電弧爐內，抽真空到5*10-4化，充入高純氣 氣，然后烙煉5次；
[0化日]3.在真空熱處理爐中進行熱處理:在500度進行時效2小時，然后在450 [0化6] 度時效5小時。
[0化7] 4.冷卻，由此得到形狀記憶合金。
[0058] 檢測結果:進行循環壽命測試，樣品進行8636次測試斷裂。
[0059] 本發明實施例1~5制備得到的含妮形狀記憶合金合金和對比例1的普通合金進行 1000次形變后的記憶回復率
[00601
[0061] W上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可W做出若干改進和潤飾，運些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種高性能形狀記憶合金，其特征在于，該合金由鈦、鎳、銅、鈮元素構成。2. 根據權利要求1所述的一種高性能形狀記憶合金，其特征在于，按原子百分比包括如 下組分:鈦原子百分比含量為45-50%、鎳的原子百分比含量為30-34%、銅的原子百分比含量 為10-14%、余量為鈮。3. 根據權利要求1所述的一種高性能形狀記憶合金，其特征在于，所述的高性能形狀記 憶合金的厚度為2-50微米。4. 根據權利要求1所述的一種高性能形狀記憶合金，其特征在于，所述的高性能形狀記 憶合金的顯微結構中包含Ti2Cu與Ti 2Ni相。5. 根據權利要求4所述的一種高性能形狀記憶合金，其特征在于，所述的高性能形狀記 憶合金中的Ti2Cu與Ti 2Ni相的尺寸小于500納米。6. 權利要求1~5任一項所述的高性能形狀記憶合金的制備方法，其特征在于，包括以下 步驟： 1) 按照上述的合金材料制備靶材； 2) 采用磁控濺射制備薄膜狀的形狀記憶合金，抽真空至l(T3Pa以上，充入氬氣，然后再 抽真空至10- 3Pa，調整工作電壓為500V，派射占空比60-70%，開始進行濺射沉積，控制厚度為 2-50微米得到薄膜狀的形狀記憶合金； 3) 對步驟2)得到的薄膜狀的形狀記憶合金進行退火熱處理得到高性能形狀記憶合金。7. 根據權利要求6所述的高性能形狀記憶合金的制備方法，其特征在于，所述退火熱處 理溫度為650-720攝氏度。8. 權利要求1~5任一項所述的高性能形狀記憶合金在工業控制、醫療器械方面的應用。
【文檔編號】C23C14/14GK106048378SQ201610539769
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月8日
【發明人】楊衛國, 朱文建
【申請人】江蘇科技大學