[发明专利]具有近零膨胀特性的TiNi合金基复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种具有近零膨胀特性的TiNi基复合材料及其制备方法。该方法照钛与镍原子比为54～58％∶42～46％，将纯Ti粉和纯Ni粉混合均匀，以造孔技术结合单元金属粉末梯级烧结法制备出孔隙均匀分布的具有负热膨胀行为的多孔TiNi合金，再采用轻金属无压浸渗技术，向多孔TiNi合金孔隙中引入具有常规正热膨胀行为的镁合金，制得具有近零膨胀特性的TiNi基复合材料。按照本发明制备的TiNi基复合材料仍具有形状记忆效应和超弹性行为，并具有比致密TiNi合金质量轻、比普通多孔TiNi合金更优异的强度，同时在一定条件下更具有近零膨胀特性；本发明可用于近零膨胀材料的制造以及对材料的热膨胀系数进行调控。

主权项

具有近零膨胀特性的TiNi合金基复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)按照钛与镍原子比为54～58％∶42～46％，将纯Ti粉和纯Ni粉混合均匀；(2)按照造孔剂占生坯质量百分数5％～20％的比例，将其与步骤(1)所得的混合粉充分混合；(3)将步骤(2)所得粉末在室温下压制成生坯；将压制好的生坯放入惰性气体保护下的烧结炉中烧结，使造孔剂完全分解而去除；所述造孔剂为尿素或碳酸氢铵；(4)按梯级加热方式升温，将坯料以10～20℃/min的速率加热至第一级梯度温度650～710℃，保温10～20分钟；然后以5～10℃/min的速率加热至第二级梯度温度770～830℃，保温10～20分钟；再以5～10℃/min的速率加热至第三级梯度温度950～1050℃，保温2～4小时后炉冷至420～480℃并保温30～40分钟，之后再冷水中淬火处理，制得孔隙均匀分布的多孔TiNi合金；(5)去除步骤(4)所得多孔TiNi合金样品表面氧化物杂质相，经超声波清洗后烘干；(6)将浸渗材料镁合金AZ91D和覆盖剂放入坩埚内，覆盖剂均匀覆盖在镁合金上表层，避免镁合金AZ91D在高温中氧化；放入加热炉中以10～30℃/min的速率加热到680～750℃后，将步骤(5)所得样品置于镁合金AZ91D熔融液体中并完全浸没，同时按照与镁合金质量比为0.5‑2∶10补充覆盖剂，保温1～3小时，使镁合金AZ91D熔化后在毛细作用下渗入多孔TiNi合金的孔隙中，制得在100℃～150℃温度区间内具有近零膨胀特性的TiNi合金基复合材料，所述近零膨胀特性为热膨胀系数绝对值低于1.0×10‑6K‑1；以质量百分比计，所述覆盖剂原料配方组成为：MgCl2：43‑47％；KCl：33‑37％；CaF2：4‑6％；NaCl：13‑17％。