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一种钛 铝 硼形状记忆 合金材料、合金及其生产方法和应用

阅读：0发布：2021-05-25

专利汇可以提供一种钛铝硼形状记忆合金材料、合金及其生产方法和应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种钛铝硼形状记忆合金材料，其成份按重量百分数计为Ti：43～46％，Al：22～26％，B：28～35％，其余为少量不可避免的杂质。本发明还提供了一种钛铝硼形状记忆合金的生产方法，包括将所述钛铝硼形状记忆合金材料依次经过熔炼、轧制、热处理、淬火、回火、精整步骤获得成品。本发明还提供了使用上述生产方法制备的钛铝硼形状记忆合金。并提供了所述钛铝硼形状记忆合金在汽车工业、人工智能、航空航天、交通运输等行业中的应用。本发明所要解决的问题是如何在保证形状记忆合金具备形状记忆转变功能的同时最大限度的提高其机械强度且有较好的韧性，同时尽可能得降低其合金成本制备得到一种屈服强度大于600MPa且成本更经济的形状记忆合金。，下面是一种钛铝硼形状记忆合金材料、合金及其生产方法和应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种钛铝硼形状记忆合金材料，其特征在于，其成份按重量百分数计为Ti：43～
46％，Al：22～26％，B：28～35％，其余为少量不可避免的杂质。
2.一种钛铝硼形状记忆合金的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)生产权利要求1所述的钛铝硼形状记忆合金材料；
2)将所述钛铝硼形状记忆合金材料依次经过熔炼、轧制、热处理、淬火、回火、精整步骤获得成品。
3.根据权利要求2所述的一种钛铝硼形状记忆合金的生产方法，其特征在于：所述熔炼是指使用等离子体熔炼的方法熔炼所述钛铝硼形状记忆合金材料，所述等离子加热功率为
110～114W/cm2，等离子熔炼时间20～30min，相应的冷却速度117～123K/s，所述熔炼完成后浇注成板坯。
4.根据权利要求2所述的一种钛铝硼形状记忆合金的生产方法，其特征在于：所述轧制是指将所述钛铝硼形状记忆合金材料在1350～1450℃下加热30～40min，先进行粗轧，并控制粗轧结束温度不低于1150℃，然后进行精轧，并控制精轧结束温度在700～750℃，最后进行层流冷却，终冷温度为380～400℃，冷却速度为30～35℃/s，卷曲制得轧制板卷。
5.根据权利要求2所述的一种钛铝硼形状记忆合金的生产方法，其特征在于：所述热处理是指将所述钛铝硼形状记忆合金材料在纯度为99.90～99.99％的氮气中加热，加热温度为1550～1600℃，加热时间为1～1.5h。
6.根据权利要求2所述的一种钛铝硼形状记忆合金的生产方法，其特征在于：所述淬火是指采用含有酸性HCl纳米SiO2颗粒水溶液进行淬火，其中纳米SiO2颗粒粒直径为45～
55nm，含30～40％的HCl，其余为水；冷却速度为150～160℃/s，淬火时间控制为11～13s。
7.根据权利要求2所述的一种钛铝硼形状记忆合金的生产方法，其特征在于：所述回火是指先水洗，然后在纯度为99.90～99.99％的氙气中进行回火，回火温度为350～360℃，时间为45～50s，然后自然空气冷却至室温，并喷丸去除表面氧化皮，所述精整是指按标准规格切取钛铝硼形状记忆合金，切割余量4～5mm。
8.根据权利要求2所述的一种钛铝硼形状记忆合金的生产方法，其特征在于：还包括获得成品后对钛铝硼形状记忆合金按国标进行力学性能检验，所述钛铝硼形状记忆合金屈服强度ReL:≥600MPa，抗拉强度Rm≥700MPa，延伸率A≥21％，在常温下冲击吸收功Kv2不低于
200J，在38℃以下会产生由奥氏体向马氏体的转变，38℃以上时马氏体会全部逆转变为奥氏体。
9.一种根据权利要求2-8任一项所述的钛铝硼形状记忆合金的生产方法制备的钛铝硼形状记忆合金。
10.一种根据权利要求9所述的钛铝硼形状记忆合金在汽车工业、人工智能、航空航天、交通运输中的应用。

说明书全文

一种钛 铝 硼形状记忆 合金材料、合金及其生产方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于记忆合金技术领域，具体涉及一种钛铝硼形状记忆合金材料、合金及其生产方法和应用。

背景技术

[0002] 形状记忆合金是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料。形状记忆合金是目前形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料。迄今为止，人们发现具有形状记忆效应的合金有50多种。在航空航天领域内的应用有很多成功的范例，比如人造卫星上的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。随着天线形状的越来越大，势必对天线所用形状记忆合金的力学性能提出更高的要求，目前现有的记忆合金已经不能满足其使用要求，因此急需开发一种屈服强度大于 600MPa的形状记忆合金。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的问题是如何在保证形状记忆合金具备形状记忆转变功能的同时最大限度的提高其机械强度且有较好的韧性，同时尽可能得降低其合金成本制备得到一种屈服强度大于600MPa且成本更经济的形状记忆合金。

[0004] 为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种钛铝硼形状记忆合金材料，其成份按重量百分数计为Ti：43～46％，Al：22～26％，B：28～35％，其余为少量不可避免的杂质。

[0005] 一种钛铝硼形状记忆合金的生产方法，包括以下步骤：

[0006] 1)生产上述的钛铝硼形状记忆合金材料；

[0007] 2)将所述钛铝硼形状记忆合金材料依次经过熔炼、轧制、热处理、淬火、回火、精整步骤获得成品。

[0008] 其中，所述熔炼是指使用等离子体熔炼的方法熔炼所述钛铝硼形状记忆合金材料，所述等离子加热功率为110～114W/cm2，等离子熔炼时间 20～30min，相应的冷却速度117～123K/s，所述熔炼完成后浇注成板坯。

[0009] 其中，所述轧制是指将所述钛铝硼形状记忆合金材料在1350～1450℃下加热30～40min，先进行粗轧，并控制粗轧结束温度不低于1150℃，然后进行精轧，并控制精轧结束温度在700～750℃，最后进行层流冷却，终冷温度为380～400℃，冷却速度为30～35℃/s，卷曲制得轧制板卷。

[0010] 其中，所述热处理是指将所述钛铝硼形状记忆合金材料在纯度为 99.90～99.99％的氮气中加热，加热温度为1550～1600℃，加热时间为1～1.5h。

[0011] 其中，所述淬火是指采用含有酸性HCl纳米SiO2颗粒水溶液进行淬火，其中纳米SiO2颗粒粒直径为45～55nm，含30～40％的HCl，其余为水；冷却速度为150～160℃/s，淬火时间控制为11～13s。

[0012] 其中，所述回火是指先水洗，然后在纯度为99.90～99.99％的氙气中进行回火，回火温度为350～360℃，时间为45～50s，然后自然空气冷却至室温，并喷丸去除表面氧化皮，所述精整是指按标准规格切取钛铝硼形状记忆合金，切割余量4～5mm。所述精整时切除钛铝硼形状记忆合金周围毛边。

[0013] 在上述技术方案的基础上，还包括获得成品后对钛铝硼形状记忆合金按国标进行力学性能检验，所述钛铝硼形状记忆合金屈服强度ReL:≥600MPa，抗拉强度Rm≥700MPa，延伸率A≥21％，在常温下冲击吸收功Kv2不低于200J，在38℃以下会产生由奥氏体向马氏体的转变，38℃以上时马氏体会全部逆转变为奥氏体。

[0014] 在上述技术方案的基础上，本发明还提供了一种使用上述钛铝硼形状记忆合金的生产方法制备的钛铝硼形状记忆合金。并提供了所述钛铝硼形状记忆合金在汽车工业、人工智能、航空航天、交通运输等行业中的应用。

[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0016] 1)Ti(43～46％)、Al(22～26％)、B(28～35％)以一定比例等离子熔炼成合金，三元合金之间产生的反应转变形成了强度较高的细小马氏体组织，同时Ti、Al和B合金成本较低，大大降低了该钛铝硼形状记忆合金的制造成本；

[0017] 2)采用等离子进行熔炼，能极大提高Ti、Al和B三种合金之间的冶金结合并极大促进三者之间的组织反应，从而加快细小马氏体的形成；

[0018] 3)采用高纯度氮气加热对钛铝硼，可在记忆合金中形成TiN和BN等纳米颗粒，有利于合金强度；

[0019] 4)采用含有酸性HCl纳米SiO2颗粒水溶液进行淬火，一方面可利用酸性纳米SiO2颗粒去除形状记忆合金表面的氧化皮，提高产品的表面质量；另一方面，在高温下的纳米SiO2颗粒可撞击记忆合金表面从而形成表面硬化层提高合金整体强度；再一方面，HCl酸性水溶液本身也可以起到冷却作用，可细化马氏体尺寸，从而保证产品的力学性能；

[0020] 5)在高纯氙气中进行回火，同样可进一步提高马氏体的强度，同时促进马氏体和奥氏体之间的转变效率，还能提升形状记忆合金的韧性。

[0021] 按照本发明生产的钛铝硼形状记忆合金屈服强度大于600Mpa，可以为人造卫星上庞大天线的制造提供了安全可靠的形状记忆合金材料。

具体实施方式

[0022] 为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

[0023] 本发明提供了一种钛铝硼形状记忆合金材料，其成份按重量百分数计为 Ti：43～46％，Al：22～26％，B：28～35％，其余为少量不可避免的杂质。

[0024] 本发明还提供了一种钛铝硼形状记忆合金的生产方法，包括以下步骤：

[0025] 1)将钛铝硼形状记忆合金材料进行混合，所述钛铝硼形状记忆合金材料成份按重量百分数计为Ti：43～46％，Al：22～26％，B：28～35％，其余为少量不可避免的杂质；

[0026] 2)将所述钛铝硼形状记忆合金材料依次经过熔炼、轧制、热处理、淬火、回火、精整步骤获得成品。

[0027] 其中，所述熔炼是指使用等离子体熔炼的方法熔炼所述钛铝硼形状记忆合金材料，所述等离子加热功率为110～114W/cm2，等离子熔炼时间 20～30min，相应的冷却速度117～123K/s，所述熔炼完成后浇注成板坯。

[0028] 其中，所述轧制是指将所述钛铝硼形状记忆合金材料在1350～1450℃下加热30～40min，先进行粗轧，并控制粗轧结束温度不低于1150℃，然后进行精轧，并控制精轧结束温度在700～750℃，最后进行层流冷却，终冷温度为380～400℃，冷却速度为30～35℃/s，卷曲制得轧制板卷。

[0029] 其中，所述热处理是指将所述钛铝硼形状记忆合金材料在纯度为 99.90～99.99％的氮气中加热，加热温度为1550～1600℃，加热时间为1～1.5h。

[0030] 其中，所述淬火是指采用含有酸性HCl纳米SiO2颗粒水溶液进行淬火，其中纳米SiO2颗粒粒直径为45～55nm，含30～40％的HCl，其余为水；冷却速度为150～160℃/s，淬火时间控制为11～13s。

[0031] 其中，所述回火是指先水洗，然后在纯度为99.90～99.99％的氙气中进行回火，回火温度为350～360℃，时间为45～50s，然后自然空气冷却至室温，并喷丸去除表面氧化皮，所述精整是指按标准规格切取钛铝硼形状记忆合金，切割余量4～5mm。所述精整时切除钛铝硼形状记忆合金周围毛边。

[0032] 在上述技术方案的基础上，还包括获得成品后对钛铝硼形状记忆合金按国标进行力学性能检验，所述钛铝硼形状记忆合金屈服强度ReL:≥600MPa，抗拉强度Rm≥700MPa，延伸率A≥21％，在常温下冲击吸收功Kv2不低于200J，在38℃以下会产生由奥氏体向马氏体的转变，38℃以上时马氏体会全部逆转变为奥氏体。

[0033] 在上述技术方案的基础上，本发明还提供了一种使用上述钛铝硼形状记忆合金的生产方法制备的钛铝硼形状记忆合金。并提供了所述钛铝硼形状记忆合金在汽车工业、人工智能、航空航天、交通运输等行业中的应用。

[0034] 根据上述钛铝硼形状记忆合金材料准备各实施例化学成分的配比，如表 1所示：

[0035] 表1本发明各实施例的钛铝硼形状记忆合金化学成分(wt％)

[0036]实施例 Ti Al B
1 43.5 22.0 35.0
2 43.0 26.0 31.0
3 44.5 23.0 33.0
4 44.0 25.0 28.0
5 45.0 24.0 32.0
6 46.0 25.5 29.0

[0037] 将上述各实施例的钛铝硼形状记忆合金材料采用等离子熔炼，其工艺参数如表2所示：

[0038] 表2本发明各实施例的钛铝硼形状记忆合金等离子熔炼工艺参数

[0039]

[0040] 将上述等离子熔炼完成后浇注成板坯进行轧制工艺，其工艺参数如表3 所示：

[0041] 表3本发明各实施例的钛铝硼形状记忆合金轧制工艺参数

[0042]

[0043] 将上述轧制完成后获得的板卷进行热处理、淬火、回火，其工艺参数如表4所示：

[0044] 表4本发明各实施例的钛铝硼形状记忆合金热处理、淬火、回火工艺参数[0045]

[0046] 将上述获得的钛铝硼形状记忆合金按标准规格切取钛铝硼形状记忆合金，切割余量4～5mm。所得的钛铝硼形状记忆合金成品进行力学性能检测，其检测结果如下表5所示：

[0047] 表5本发明各实施例的钛铝硼形状记忆合金性能

[0048]

[0049]

[0050] 从表5中可以看出，本发明申请的钛铝硼形状记忆合金，其屈服强度为 600～649MPa，抗拉强度为700～726MPa，延伸率为21～25％，常温下冲击吸收功Kv2为200～
225J，在38℃以下时候本发明会产生由奥氏体向马氏体的转变，38℃以上时马氏体会全部逆转变为奥氏体的形式存在，说明产品性能完全满足使用要求。

[0051] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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