形状记忆合金性能的制备方法

形状记忆合金性能的制备方法

1、熔炼方法

NiTi合金中含有大量的活性元素Ti，Ti又很容易和C、0、N等元素起反应，使C、O、N元素混入合金中。所以，在合金的熔炼中，对坩埚的材质，对熔炼时的气氛和环境都要加以认真的考虑、选择、并且严格控制，以抑制各种夹杂物的产生。NiTi形状记忆合金通常都是在真空下进行熔炼，表11 - 10中列出常用熔炼方法的特征及对合金影响程度： 表11 -10各种熔炼方法特征、均匀性及夹杂物的影响

注：符号◎、O、△、×表示从优到差的顺序。

从表11 -10中夹杂物一览中可以看出，由于在坩埚中使用了水冷铜结晶器，所以电子束、电弧、等离子熔炼法都不受坩埚的污染，其中电子束熔炼时要求的真空度最高，因而冶炼效果也最好。但是，电子束和电弧熔炼时需要电极，在电极处的均匀性问题值得考虑，特别是电子束熔炼时，熔池很浅，铸锭时难以避免纵向偏析。进行热机械训练，即多次反复进行2.5%左右应变+600℃左右的退火，通过等离子体、高频感应熔炼时，不需要电极，而且可以熔炼各种形状的金属。在高频感应熔炼NiTi形状记忆合金时，要使用耐火坩埚，而在熔炼钢材时常用氧化铝或者氧化镁坩埚，在熔炼由于氧化铝会和熔融状态下的NiTi合金发生反应，一般不使用。氧化镁坩埚和NiTi合金虽不发生反应，但是会使氧含量达到0. 08%~0.18%为了减少氧的混入，选用石墨坩埚比较合适。现在实用NiTi形状记忆合金的熔炼都用石墨坩埚，这时氧的含量为0.045%~0.06%，但是有微量的碳混入，达到0.025%~0.09%。随着熔融时间的延长，熔融温度的升高，碳的混入量会增加，而且Ni的相对含量越低，碳越容易混入。

高频感应熔炼因为电流对熔体有搅拌作用，因而得到的铸锭成分均匀性好，而且通过合

适的坩埚及采用真空或惰性气体保护，可以抑制碳、氧及其他杂质的混入，能够较好地控制合金得成分。

目前，在工业性生产中熔炼NiTi形状记忆合金的主要方法有真空自耗电极电弧熔炼、真空感应熔炼等。真空自耗电极电弧熔炼杂质污染虽少，但铸锭成分均匀性较差，所以一般用它制作母合金，然后再用真空感应熔炼，称为真空自耗一真空感应法。也有先采用真空感应炉制备母合金然后再用真空感应炉调整成分，称为双真空感应法。此法成分易控制，而且均匀，缺点是经过两次接触石墨坩埚，容易增碳。目前工业上所用的熔炼方法有如下3种：

(1)真空感应一次熔炼（VIM法）。方法是先制取少量的已知成分的NiTi母合金，置于真空感应炉内石墨坩埚中，通电熔化后形成NiTi合金熔池，然后再把按设计成分配比的Ni、Ti碎料在保护气氛下加入熔池。此工艺的优点是熔炼能耗、成本低，合金成分较均匀c但问题是在熔炼过程中有杂质碳的污染，这对合金的形状记忆效应很不利。

(2)真空自耗电弧熔炼+真空感应熔炼法(VAM +VIM)o此熔炼法先由真空自耗炉炼成基本合金化的NiTi母合金，再通过真空感应炉均匀化重熔。本工艺可以控制冶炼时间来有效地控制碳含量。

(3)真空自耗电极电弧凝壳炉熔炼法。此工艺是借助正极性连接法，造成高速电子流撞击熔池释放热能，来确保熔池高温和电磁搅拌作用达到合金的充分合金化和均匀化，此工艺多用来熔炼钛合金。

真空感应水冷铜坩埚熔炼是近年来发展的新技术，由于金属溶液接触的是水冷铜坩埚，而且又有涡流搅拌作用，因此可以一次获得杂质污染少，而且成分均匀的铸锭，不过由于真空感应水冷铜坩埚炉造价昂贵，世界上为数还不多，所以目前熔炼NiTi母合金置于真空感应炉内石墨中，通电熔化后形成NiTi合金熔池，然后再把设计成分配比比Ni、Ti碎料在保护气氛下加入熔池。因此工艺的优点是熔炼能耗、成本低、合金成分较均匀。但问题是在熔炼过程中有杂质碳的污染，这对合金的形状记忆效应很不利。

(2)真空自耗电弧熔炼+真空感应熔炼法( VAM+VIM)：此熔炼法先由真空自耗炉炼战基本合金化的NiTi母合金，再通过真空感应炉均匀化重熔3本工艺可以控制冶炼时间来有效地控制碳含量：

(3)真空自耗电极电弧凝壳炉熔炼法。此工艺是借助正极性连接法，造成高速电子流撞击熔池释放热能，来确保熔池高温和电磁搅拌作用达到合金的充分合金化和均匀化，此工艺多用来熔炼钛合金。

真空感应水冷铜坩埚熔炼是近年来发展的新技术，由于金属溶液接触的是水冷铜坩埚，

而且又有涡流搅拌作用，因此可以一次获得杂质污染少，而且成分均匀的铸锭，不过由于真空感应水冷铜坩埚炉造价昂贵，世界上为数还不多，所以目前熔炼NiTi合金的主要方法还是采用石墨坩埚真空感应熔炼法，因其石墨坩埚成分低、易加工，可以进行少量生产，也可一次生产几十吨的铸锭，因此在工业生产中得到广泛应用，尤其在我国更是如此：采用石墨坩埚真空感应熔炼时，只要工艺适当，同样能得到高品质的NiTi合金铸锭。

2、粉末冶金法

粉末冶金技术也可用来制备形状记忆合金，其目的是制备具有最终形状而不需进行切削加工的NiTi合金产品。有两种粉末冶金方法制备NiTi形状记忆合金：(1)用纯金属粉末；(2)用合金粉末。用第1种方法时，纯金属粉末用来进行混合、压型、烧结，因此成分不均匀是不可避免的。第2种方法是用合金粉末，其烧结的合金能进一步提高成分均匀性。等离子旋转电极法能提供高质量的用于烧结的合金粉末。其中一个电极是由高速旋转的、被等离子体加热的合金组成。熔融的合金液滴被离心力甩出并离子化。凝固的合金粉末进行热等静压( hot isostatic press)和烧结。用这种方法制备的合金具有可与真空熔炼的合金相媲美的优良形状记忆效应。由于粉末冶金法不包括引起成分不精确的熔融过程，因此，这种方法可用于精确控制相变温度。

燃烧合成是用混合热合成合金的一种新兴技术。Ni和Ti的粉末在坩埚中混合，加压，引燃后，通过自反应形成合金而不需要随后的加热过程。合成的NiTi合金成分是均匀的，但有孔存在，因此合金需要用热等静压技术进行加压。本文是由“乐从钢铁世界网”为您提供!希望对您有所帮助，复制或转载请注明出处!