[發明專利]一種高熱穩定性納米晶NiTi-W復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011129565.1
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112342439A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 姜江;姜大強;郝世杰;郭方敏;崔立山
• 申請（專利權）人: 江西省科學院應用物理研究所
• 主分類號: C22C19/03
• 分類號: C22C19/03;B22F9/08;C22C1/04;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南昌大牛知識產權代理事務所(普通合伙) 36135
• 代理人: 喻莎

本發明公開了一種高熱穩定性納米晶NiTi?W復合材料及其制備方法，通過利用彌散分布的細小W第二相穩定納米晶NiTi合金晶界，以獲得高熱穩定性的高性能NiTi基復合材料。該復合材料的制備方法為，以Ni單質、Ti單質和Ni₄W為原料，通過氣霧化制粉獲得NiTiW粉末，再將NiTiW粉末真空包套處理，通過粉末冶金燒結成NiTiW復合材料塊體，輔以熱鍛、拔絲加工，使NiTi晶粒細化為納米晶NiTi。獲得的高熱穩定性納米晶NiTi?W復合材料，由Ni、Ti和W三種元素組成，其中W的原子百分比為1～5％，Ni和Ti原子百分比滿足：|Ni％?Ti％|≤2％。與傳統納米晶NiTi材料相比，本發明利用彌散分布的細小W第二相穩定納米晶界，有效提高了納米晶NiTi的熱穩定性。

技術領域

本發明涉及金屬復合材料技術領域，具體為一種高熱穩定性納米晶NiTi-W復合材料及其制備方法。

背景技術

NiTi形狀記憶合金不但具有優良的形狀記憶效應和偽彈性等功能特性，而且能展現極高的阻尼性能，已廣泛應用于航空航天、醫療衛生及建筑工業等領域。相較于傳統的粗晶及超細晶NiTi形狀記憶合金，納米晶NiTi合金具有更高強度、硬度、超彈性及記憶效應等性能，因而有著更為廣闊的應用前景。

目前制備納米晶NiTi合金的方法主要有高壓扭轉(HPT)、等通道角擠壓(ECAP)以及拔絲法等等。然而，這些方法獲得的納米晶材料熱穩定性相對較差，400～600℃退火都容易導致納米晶NiTi粒長大，進而使材料力學性能降低。這必然會嚴重制約高性能納米晶NiTi記憶合金的實際應用。例如，一些情況下材料的成形工藝需要在紅熱狀態下進行，而這些后期熱處理會導致材料內部的納米晶長大，進而顯著劣化了材料性能。

現有的納米晶NiTi合金由于納米尺度晶粒過小，晶界能過高，促進晶粒長大的驅動力大，導致其晶粒受熱易長大而熱穩定性差。據研究發現，若能通過人工控制，在納米晶NiTi合金的晶界附近分布適當的第二相，降低其晶界能，并阻礙晶界的推移，就能進一步延緩晶粒的長大。W不但熔點高，而且在NiTi基體中的溶解度非常低，復合在NiTi中的W顆粒經歷高溫退火也不容易發生球化長大。因此可以利用W顆粒彌散強化納米晶NiTi合金，其彌散分布的W顆粒有望起到穩定納米晶界，提高納米晶NiTi合金熱穩定性作用。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種高熱穩定性納米晶NiTi-W復合材料及其制備方法，解決了現有的納米晶NiTi合金由于納米尺度晶粒過小，晶界能過高，促進晶粒長大的驅動力大，導致其晶粒受熱易長大而熱穩定性差的問題。

(二)技術方案

本發明提出一種高熱穩定性納米晶NiTi-W復合材料及其制備方法，通過利用彌散分布的細小W第二相穩定納米晶NiTi合金晶界，獲得高熱穩定性高性能NiTi基復合材料。

為實現上述目的，本發明采用的具體技術方案如下：

本發明提供的一種高熱穩定性納米晶NiTi-W復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)以Ni單質、Ti單質和Ni₄W為原料；原料中，Ni、Ti和W配比：W的原子百分比為1～5％，Ni和Ti原子百分比滿足|Ni％-Ti％|≤2％；

(2)對上述原料進行氣霧化制粉處理，獲得顆粒尺寸小于100μm的NiTiW粉末；所述氣霧化處理的溫度為1400～1600℃；通過氣霧化混合后，W在NiTi粉末中均勻彌散分布；

(3)真空包套處理所得NiTiW粉末，通過粉末冶金燒結成NiTiW復合材料塊體，輔以熱鍛加工或熱軋加工，加工溫度為750～850℃，獲得NiTiW鍛造棒；