技术领域
[0001] 本
发明属于合金丝材加工技术领域，尤其涉及一种3D打印用镍钛形状
记忆合金丝材加工方法。
背景技术
[0002] 镍钛形状记忆合金是一种近等
原子比的金属间化合物，不同
温度下合金具有不同的
晶体结构，高温相为体心立方CsCl型B2结构，其硬度和
刚度较高；低温
马氏体为B19'单斜型结构，硬度低，并且随温度变化合金发生
相变。
镍钛合金高温相具有优良的耐磨、耐
腐蚀性，低温相具有优良的阻尼性，在相变区域具有奇特的形状记忆效应和超弹性。
[0003] 镍钛形状记忆合金不仅是一种新型金属功能材料，同时还具有优良的
生物相容性，是一种较理想的医用
生物材料。随着材料技术开发、应用开发的不断深入，镍钛记忆合金的应用已遍及
电子、机械、宇航、
能源、运输、建筑、家电、医疗卫生及生活日用品等各个领域。
[0004] 用于制备3D打印用镍钛形状记忆合金丝材必须具有高品质的表面
质量及优良的冷成型性，丝材表面要求光亮，不允许有裂纹、划伤、坑点、
氧化皮等
缺陷，为了保证良好的冷加工性能，通常3D打印用镍钛形状记忆合金丝材以固溶处理态供货。固溶处理的目的是为了保留在高温区获得的亚稳定相，这种组织具有中等强度和较高的塑性，冷成型好。
[0005] 目前国内镍钛形状记忆合金丝材的加工方法主要为固定模热拉或固定模冷拉，固定模热拉的工序是轧条扒皮、氧化、固定模热拉(
石墨润滑)、大气
退火和
碱酸洗，此种加工方法在高温下镍钛合金丝材表面污染严重，而且管式加热炉的能耗高；固定模冷拉的工序是轧条扒皮、氧化、丝坯表面涂覆
润滑剂、固定模冷拉、大气退火和碱酸洗，这种加工方法镍钛合金材料的加工硬化严重，为了防止断丝需要不断退火，生产效率低；上述两种加工方法都会在丝材表面产生较厚的氧化层，碱酸洗后丝材的表面粗糙，不能满足3D打印用镍钛形状记忆合金丝材对高表面质量的要求，而且碱酸生产现场恶劣，造成环境污染。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于克服上述
现有技术的不足，提供一种3D打印用镍钛形状记忆合金丝材加工方法，克服了现有技术中丝材加工方法存在表面质量差、生产效率低和环境污染的问题。
[0007] 为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种3D打印用镍钛形状记忆合金丝材加工方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1)将镍钛合金丝坯经过表面预处理得到镍钛合金丝材；
[0009] 步骤2)将步骤1)中得到的镍钛合金丝材进行冷拉；
[0010] 步骤3)当步骤2)中镍钛合金丝材冷拉加工率为40％～55％时在
超声波清洗机中进行清洗；
[0011] 步骤4)将步骤3)中清洗后的镍钛合金丝材进行
真空退火；
[0012] 步骤5)将步骤4)中
真空退火的镍钛合金丝材继续冷拉至Ф2.0～Ф5.0mm的镍钛合金丝材；
[0013] 步骤6)将步骤5)中Ф2.0～Ф5.0mm的镍钛合金丝材进行固溶处理，再进行
抛光，即得到3D打印用镍钛形状记忆合金丝材。
[0014] 优选的，所述步骤1)中表面预处理是将镍钛合金丝坯经过无心
车床扒皮去除氧化皮、
轧制裂纹及折叠缺陷后在千
叶轮丝材抛光机上进行表面抛光，去除扒皮残屑及螺旋纹得到镍钛合金丝材。
[0015] 优选的，所述步骤2)中冷拉是将镍钛合金丝材在辊模
拉丝机上进行冷拉，并用拉丝油对辊模模具进行润滑。
[0016] 优选的，所述步骤3)中利用
超声波清洗机进行清洗，其中超声波清洗机中放入体积比为1：20的
洗涤剂和热
水混合成的清洗液对镍钛合金丝材进行清洗，去除表面油污后再用清水进行漂洗，接着烘干。
[0017] 优选的，所述洗涤剂由阴离子
表面活性剂、非离子表面活性剂、增
溶剂和去离子水配制而成，其中阴离子表面活性剂为油酸三
乙醇胺、烷基
磷酸酯、酚醚或醇醚磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、苛性钠、
碳酸钠、
硅酸钠、磷酸钠、亚
硝酸钠、重铬酸
钾和碳酸铵中的一种或多种。
[0018] 优选的，所述步骤4)中真空退火在真空炉中进行，将真空炉抽真空至真空度为5×10～2Pa以下后升温至750～800℃，保温30～60min后立即向真空炉中充氩气进行强制冷却。
[0019] 优选的，所述步骤5)中冷拉是将镍钛合金丝材在辊模拉丝机上进行冷拉，并用拉丝油对辊模模具进行润滑。
[0020] 优选的，所述步骤6)中固溶处理是将镍钛合金丝材依次通过阻尼放线装置、氩气保护管式加热炉、
循环水冷槽和可调式
收线机，实现无氧化式固溶处理，所述抛光是在
砂带抛光机上进行抛光，去除表面缺陷并提高表面光洁度。
[0021] 优选的，所述固溶处理包括以下步骤：
[0022] 步骤6-1)放线：将镍钛合金丝材经过阻尼放线装置，接着前导向送入氩气保护管式加热炉；
[0023] 步骤6-2)退火：镍钛合金丝材在氩气保护管式加热炉内进行在线退火，温度为750～850℃，时间为3～10min，炉内充氩气保护防止镍钛合金丝材表面氧化，以流量计控制氩气的通入速度，保证炉内压
力超过
大气压，避免空气的进入，确保氩气保护管式加热炉内氩气的纯度；
[0024] 步骤6-3)水淬冷却：镍钛合金丝材退火后采用循环水冷槽进行冷却，急冷至室温以保留中间相，达到固溶处理的效果；
[0025] 步骤6-4)收线：镍钛合金丝材水淬冷却后经后导向、速度可调的可调式收线机进行收线。
[0026] 相对于现有技术，本发明的优点在于：
[0027] (1)本发明通过将表面预处理后的镍钛合金丝材在辊模拉丝机上冷拉至加工率为40％～55％时，清洗后进行一次中间真空退火，然后继续进行冷拉，每道次加工率可达到
20％～30％，总加工率能达到60％以上，生产效率高，易实现规模化生产；
[0028] (2)本发明经
过冷拉、中间退火处理及固溶处理，整个加工过程中镍钛合金丝材不发生氧化，避免了碱酸洗
表面处理，避免了对环境的污染；
[0029] (3)本发明得到的镍钛形状记忆合金丝材尺寸
精度高、表面质量好、弹性高且冷加工性能优良，完全满足3D打印用镍钛形状记忆合金丝材的要求，且用其制备的3D打印部件具有耐腐蚀、重量轻、弹性高和
焊接性优良等优点。
附图说明
[0030] 图1、本发明
实施例4得到的3D打印用镍钛形状记忆合金丝材的金相显微组织图；
[0031] 图2、本发明实施例5得到的3D打印用镍钛形状记忆合金丝材的金相显微组织图。
具体实施方式
[0032] 下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
[0033] 需要说明的是，本
说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
[0034] 同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0035] 实施例1
[0036] 本发明公开了一种3D打印用镍钛形状记忆合金丝材加工方法，包括以下步骤：
[0037] 步骤1)将镍钛合金丝坯经过表面预处理得到镍钛合金丝材；
[0038] 步骤2)将步骤1)中得到的镍钛合金丝材进行冷拉；
[0039] 步骤3)当步骤2)中镍钛合金丝材冷拉加工率为40％～55％时在超声波清洗机中进行清洗；
[0040] 步骤4)将步骤3)中清洗后的镍钛合金丝材进行真空退火；
[0041] 步骤5)将步骤4)中真空退火的镍钛合金丝材继续冷拉至Ф2.0～Ф5.0mm的镍钛合金丝材；
[0042] 步骤6)将步骤5)中Ф2.0～Ф5.0mm的镍钛合金丝材进行固溶处理，再进行抛光，即得到3D打印用镍钛形状记忆合金丝材。
[0043] 实施例2
[0044] 本发明公开了一种3D打印用镍钛形状记忆合金丝材加工方法，包括以下步骤：
[0045] 步骤1)将镍钛合金丝坯经过表面预处理得到镍钛合金丝材；
[0046] 步骤2)将步骤1)中得到的镍钛合金丝材进行冷拉；
[0047] 步骤3)当步骤2)中镍钛合金丝材冷拉加工率为40％～55％时在超声波清洗机中进行清洗；
[0048] 步骤4)将步骤3)中清洗后的镍钛合金丝材进行真空退火；
[0049] 步骤5)将步骤4)中真空退火的镍钛合金丝材继续冷拉至Ф2.0～Ф5.0mm的镍钛合金丝材；
[0050] 步骤6)将步骤5)中Ф2.0～Ф5.0mm的镍钛合金丝材进行固溶处理，再进行抛光，即得到3D打印用镍钛形状记忆合金丝材。
[0051] 优选的，所述步骤1)中表面预处理是将镍钛合金丝坯经过无心车床扒皮去除氧化皮、轧制裂纹及折叠缺陷后在千叶轮丝材抛光机上进行表面抛光，去除扒皮残屑及螺旋纹得到镍钛合金丝材。
[0052] 优选的，所述步骤2)中冷拉是将镍钛合金丝材在辊模拉丝机上进行冷拉，并用拉丝油对辊模模具进行润滑。
[0053] 实施例3
[0054] 本发明公开了一种3D打印用镍钛形状记忆合金丝材加工方法，包括以下步骤：
[0055] 步骤1)将镍钛合金丝坯经过表面预处理得到镍钛合金丝材；
[0056] 步骤2)将步骤1)中得到的镍钛合金丝材进行冷拉；
[0057] 步骤3)当步骤2)中镍钛合金丝材冷拉加工率为40％～55％时在超声波清洗机中进行清洗；
[0058] 步骤4)将步骤3)中清洗后的镍钛合金丝材进行真空退火；
[0059] 步骤5)将步骤4)中真空退火的镍钛合金丝材继续冷拉至Ф2.0～Ф5.0mm的镍钛合金丝材；
[0060] 步骤6)将步骤5)中Ф2.0～Ф5.0mm的镍钛合金丝材进行固溶处理，再进行抛光，即得到3D打印用镍钛形状记忆合金丝材。
[0061] 优选的，所述步骤1)中表面预处理是将镍钛合金丝坯经过无心车床扒皮去除氧化皮、轧制裂纹及折叠缺陷后在千叶轮丝材抛光机上进行表面抛光，去除扒皮残屑及螺旋纹得到镍钛合金丝材。
[0062] 优选的，所述步骤2)中冷拉是将镍钛合金丝材在辊模拉丝机上进行冷拉，并用拉丝油对辊模模具进行润滑。
[0063] 优选的，所述步骤3)中利用超声波清洗机进行清洗，其中超声波清洗机中放入体积比为1：20的洗涤剂和热水混合成的清洗液对镍钛合金丝材进行清洗，去除表面油污后再用清水进行漂洗，接着烘干。
[0064] 优选的，所述洗涤剂由阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、增溶剂和去离子水配制而成，其中阴离子表面活性剂为油酸三乙醇胺、烷基磷酸酯、酚醚或醇醚磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、苛性钠、碳酸钠、
硅酸钠、磷酸钠、亚硝酸钠、重铬酸钾和碳酸铵中的一种或多种。
[0065] 优选的，所述步骤4)中真空退火在真空炉中进行，将真空炉抽真空至真空度为5×10～2Pa以下后升温至750～800℃，保温30～60min后立即向真空炉中充氩气进行强制冷却。
[0066] 优选的，所述步骤5)中冷拉是将镍钛合金丝材在辊模拉丝机上进行冷拉，并用拉丝油对辊模模具进行润滑。
[0067] 优选的，所述步骤6)中固溶处理是将镍钛合金丝材依次通过阻尼放线装置、氩气保护管式加热炉、循环水冷槽和可调式收线机，实现无氧化式固溶处理，所述抛光是在砂带抛光机上进行抛光，去除表面缺陷并提高表面光洁度。
[0068] 所述无心车床、千叶轮丝材抛光机、辊模拉丝机、拉丝油、辊模模具、超声波清洗机、真空炉、阻尼放线装置、氩气保护管式加热炉、循环水冷槽、可调式收线机、砂带抛光机均为现有技术。
[0069] 实施例4
[0070] 步骤1)将Ф8.0mm两元低间隙医用镍钛合金丝坯经过无心车床扒皮去除氧化皮、轧制裂纹及折叠缺陷后在千叶轮丝材抛光机上进行表面抛光，去除扒皮残屑及螺旋纹，得到Ф7.0mm镍钛合金丝材；
[0071] 步骤2)将步骤1得到的Ф7.0mm镍钛合金丝材在辊模拉丝机进行冷拉；
[0072] 步骤3)当冷拉至Ф5.0mm，即加工率为51％时在超声波清洗机中，用体积比为1：20的洗涤剂和热水混合成的清洗液对其进行清洗，去除表面油污后用清水进行漂洗，烘干；
[0073] 步骤4)然后在真空炉中进行中间真空退火，将真空炉抽真空至真空度为5×10-2Pa以下后升温至750℃，保温30min后立即向真空炉中充氩气进行强制冷却；
[0074] 步骤5)经过中间真空退火后继续在辊模拉丝机进行冷拉至Ф3.2mm镍钛合金丝材；
[0075] 步骤6)将步骤5得到的Ф3.2mm镍钛合金丝材依次通过阻尼放线装置、氩气保护管式加热炉、循环水冷槽和可调式收线机，炉温控制在750℃，无氧化式固溶处理时用水冷却，最后在砂带抛光机上进行抛光，去除表面缺陷并提高表面光洁度，即得到应用于血管
支架医疗领域的Ф3.175mm的3D打印用镍钛形状记忆合金丝材。
[0076] 实施例5
[0077] 步骤1)将Ф9.0mm三元低温镍钛合金丝坯经过无心车床扒皮去除氧化皮、轧制裂纹及折叠缺陷后在千叶轮丝材抛光机上进行表面抛光，去除扒皮残屑及螺旋纹，得到Ф8.0mm镍钛合金丝材；
[0078] 步骤2)将步骤1得到的Ф8.0mm镍钛合金丝材在辊模拉丝机进行冷拉；
[0079] 步骤3)当冷拉至Ф5.6mm，即加工率为51％时在超声波清洗机中，用体积比为1：20的洗涤剂和热水混合成的清洗液对其进行清洗，去除表面油污后用清水进行漂洗，烘干；
[0080] 步骤4)然后在真空炉中进行中间真空退火，将真空炉抽真空至真空度为5×10-2Pa以上后升温至780℃，保温60min后立即向真空炉中充氩气进行强制冷却；
[0081] 步骤5)经过中间真空退火后继续在辊模拉丝机进行冷拉至为Ф3.2mm的镍钛合金丝材；
[0082] 步骤6)将步骤5得到的Ф3.2mm镍钛合金丝材依次通过阻尼放线装置、氩气保护管式加热炉、循环水冷槽和可调式收线机，炉温控制在780℃，无氧化式固溶处理时用水冷却，最后在砂带抛光机上进行抛光，去除表面缺陷并提高表面光洁度，即得到应用于军用低温弹性保持复杂结构件的Ф3.175mm的3D打印用镍钛形状记忆合金丝材。
[0083] 优选的，所述固溶处理包括以下步骤：
[0084] 步骤6-1)放线：将镍钛合金丝材经过阻尼放线装置，接着前导向送入氩气保护管式加热炉；采取阻尼放线装置的目的是保证丝材在
热处理过程中具有一定的
张力，这样退火的同时能够对镍钛合金丝材起到矫直作用；
[0085] 步骤6-2)退火：镍钛合金丝材在氩气保护管式加热炉内进行在线退火，温度为750～850℃，时间为3～10min，炉内充氩气保护防止镍钛合金丝材表面氧化，以流量计控制氩气的通入速度，保证炉内压力超过大气压，避免空气的进入，确保氩气保护管式加热炉内氩气的纯度；
[0086] 按照镍钛合金丝材规格不同，氩气保护管式加热炉
温度控制在750～850℃温度范围，如果炉温过低，金属间化合物不能充分固溶，则会形成塑性较差的脆性组织，如果炉温过高，那么退火后晶粒过大，材料塑性也变差；
[0087] 根据氩气保护管式加热炉长度调整镍钛合金丝材的行进速度，保证镍钛合金丝材在氩气保护管式加热炉内加热与保温时间为3～10min；
[0088] 步骤6-3)水淬冷却：镍钛合金丝材退火后采用循环水冷槽进行冷却，急冷至室温以保留中间相，达到固溶处理的效果；经固溶处理后镍钛合金丝材的室温强度低，塑性高，冷成型和冷加工能力强。
[0089] 步骤6-4)收线：镍钛合金丝材水淬冷却后经后导向、速度可调的可调式收线机进行收线。
[0090] 应用实施例1
[0091] 上述实施例4得到的3D打印用镍钛形状记忆合金丝材的金相显微组织如图1所示，从图中可以看到，该镍钛形状记忆合金丝材为等轴单相组织，晶粒均匀细小，平均晶粒度达到8级，优于常规丝材所能达到的不低于5级的水平，对实施例4得到的3D打印用镍钛形状记忆合金丝材在-20℃进行力学性能测试，结果如表1，
[0092] 表1实施例4得到的3D打印用镍钛形状记忆合金丝材的力学性能
[0093] Rm/Mpa Rp0.2/Mpa A/％ Z/％
实施例4 880 825 30 65
常规丝材 551 / 10 /
[0094] 表明实施例4得到的3D打印用镍钛形状记忆合金丝材具备低温强度适中，塑性高、弹性好的优点。
[0095] 应用实施例2
[0096] 上述实施例5得到的3D打印用镍钛形状记忆合金丝材的金相显微组织如图2所示，从图中可以看到，该镍钛合金丝材为等轴单相组织，晶粒均匀细小，平均晶粒度达到9级，优于常规丝材所能达到的不低于5级的水平，对实施例5得到的3D打印用镍钛形状记忆合金丝材进行力学性能测试，结果如表2，
[0097] 表2实施例5得到的3D打印用镍钛形状记忆合金丝材的力学性能
[0098] Rm/Mpa Rp0.2/Mpa A/％ Z/％
实施例5 915 840 28 615
常规丝材 551 / 10 /
[0099] 表明实施例5得到的3D打印用镍钛形状记忆合金丝材具备低温强度适中，塑性高、弹性好的优点。
[0100] 本发明通过将表面预处理后的镍钛合金丝材在辊模拉丝机上冷拉至加工率为40％～55％时，清洗后进行一次中间真空退火，然后继续进行冷拉，每道次加工率可达到
20％～30％，总加工率能达到60％以上，生产效率高，易实现规模化生产。
[0101] 本发明经过冷拉、中间退火处理及固溶处理，整个加工过程中镍钛合金丝材不发生氧化，避免了碱酸洗表面处理，避免了对环境的污染。
[0102] 本发明得到的镍钛形状记忆合金丝材尺寸精度高、表面质量好、弹性高且冷加工性能优良，完全满足3D打印用镍钛形状记忆合金丝材的要求，且用其制备的3D打印部件具有耐腐蚀、重量轻、弹性高和焊接性优良等优点。
[0103] 上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
[0104] 不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附
权利要求限定。
