一种钛镍合金材料及其制备方法与流程

本发明属于钛镍合金，具体是指一种钛镍合金材料及其制备方法。

背景技术：

1、钛镍合金是一种形状记忆合金，是指具有一定的初始形状的合金在低温下经塑性变形并固定成另一种形状，通过加热到某一临界温度以上，又可以恢复成初始形状的一类合金材料，被广泛引用于多种技术领域，具体包括以下主要领域：钛镍合金具有良好的生物相容性，在医疗领域中，主要是将钛镍合金用于医疗器械的制造，例如心脏支架、骨科植入物和牙科矫正器等；在航天航空领域中，使用钛镍合金用于制造高性能零部件；钛镍合金具有形状及记忆效应，在汽车工业以及电气工程领域中，用于传感器、制动器、微型开关、连接器等微小型器械，可见，镍钛合金在因其独特的物理特性在各种高技术领域具有重要位置。传统钛镍形状记忆合金虽具有优异的性能和良好的生物相容性，其相变温度通常低于100℃，同时，镍钛合金也因其具有形状记忆效应和超弹性，相较于其他硬质合金表现出较低的硬度，造成其耐磨损性能较低，镍钛合金在承受外力时具有较大的塑性变形能力，这意味着在摩擦过程中，合金表面可能会发生显著的塑性变形，从而导致较高的磨损。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种钛镍合金材料及其制备方法，为了解决钛镍合金硬度较低的问题，本发明在钛镍合金原料中掺杂增强型石墨烯，所述增强型石墨烯镍金属纳米粒子和锆纳米金属离对石墨烯进行包覆，能够提高石墨烯在合金材料中界面结合性，添加hf粉和nb粉，用hf元素替代niti中的ti元素，能够提高钛镍金属的相变温度和力学强度。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明提出了一种钛镍合金材料，所述钛镍合金材料的制备原料包括如下重量份的组分：ti粉23-34份、ni粉43-46份、hf粉19-29份、nb粉5-11份、增强型石墨烯0.5-1份；

3、优选地，所述增强型石墨烯的制备方法，具体包括以下步骤：

4、p1、将氧化石墨烯分散于去离子水中，置于400w功率下进行超声处理，20-30min后，充入n2，处理15min后，得到氧化石墨烯分散液，备用；

5、p2、配制硫酸镍水溶液，在氮气氛围下，加入步骤p1所制备的氧化石墨烯分散液中，以400-500rpm下机械搅拌，30-40min后，加入nabh4溶液，继续搅拌反应60-90min后，得到中间反应溶液，置于氮气氛围下，备用；

6、p3、配制硫酸锆水溶液，在氮气氛围下，加入步骤p2的中间反应溶液中，按照400-500rpm速度继续搅拌30-50min，用无水乙醇真空抽离洗涤，冷冻干燥后，得到增强型石墨烯；

7、优选地，在步骤p1中，所述氧化石墨烯在去离子水中的质量浓度为2.5-3g/l；

8、优选地，在步骤p2中，所述硫酸锆水溶液中硫酸镍的质量0.1-0.2g/ml；所述硫酸锆水溶液的添加体积是石墨烯分散液体积的12%-20%；

9、优选地，在步骤p2中，所述nabh4溶液的摩尔浓度为1-3mol/l；所述nabh4溶液的添加体积为石墨烯分散液体积的25%-50%；

10、优选地，在步骤p3中，所述硫酸锆水溶液中硫酸锆的质量浓度为30-45g/l；所述硫酸锆的添加质量为硫酸镍质量的17.5%-23.5%。

11、本发明还提供了一种钛镍合金材料的制备方法，具体包括如下步骤：

12、s1、将增强型石墨烯分散于无水乙醇中，超声分散均匀后，得到增强型石墨烯浆液；

13、s2、将ti粉、ni粉、hf粉和nb粉与无水乙醇进行混合，置于1000-1200rpm下机械搅拌形成合金浆液；

14、s3、将步骤s1所制备的增强型石墨烯浆液与步骤s2所制备的合金浆液进行混合，置于球磨机中以300-500rpm速度进行球磨混合，球料比为4-5:1，球磨时间为8-10h，真空干燥后，得到钛镍合金前体粉末；

15、s4、将步骤s3所制备的钛镍合金前体粉末装入模具中，转移至真空烧结炉中，调节真空烧结参数，进行放电离子束烧结；放电离子束烧结参数：设置真空度1pa，按照加热速率为100℃/min升温至600-700℃，保温5-10min；设置初始烧结压力为1mpa，保温压力为300mpa；

16、s5、放电离子束烧结处理后，按照10℃/min升高温度至1000℃，保温10min，继续升高温度至1500℃，保温20min，继续升高温度至1700℃，保温5min后，自然冷却后，得到钛镍合金材料；

17、优选地，在步骤s1中，所述增强型石墨烯在无水乙醇中的质量浓度为0.05-0.1g/ml；

18、优选地，在步骤s2中，所述合金浆料的料液比g/ml为1:1.5-2。

19、本发明取得的有益效果如下：

20、本发明提供一种钛镍合金材料及其制备方法，本发明在钛镍合金原料中掺杂增强型石墨烯，所述增强型石墨烯镍金属纳米粒子和锆纳米金属离对石墨烯进行包覆，能够提高石墨烯在合金材料中界面结合性，添加hf粉和nb粉，用hf元素替代niti中的ti元素，能够提高钛镍金属的相变温度和力学强度；本发明中，以原位生长的方式，在氧化石墨烯溶液中加入硫酸镍溶液和硫酸锆溶液，加入nabh4溶液进行金属离子的还原，同时也能够将氧化石墨烯反应生成还原氧化石墨烯，形成镍/锆双金属镀层的纳米还原氧化石墨烯复合材料，是金属纳米颗粒能够均匀分布于石墨烯表面，增强型石墨烯表面的金属纳米颗粒在高温烧结过程中能够发生融化，增强石墨烯与熔融金属原料之间的分散性能，提高石墨烯在金属基体之间的相容性，高温烧结处理形成金属碳化物，提高合金材料的耐高温性能和硬度；hf元素和zr元素能够替代niti中的ti元素，能够增加形状记忆合金的相变温度；nb元素是一种稳定元素，在niti合金中具有一定的固溶度，能够通过固溶强化合金基体强度，改善钛镍合金材料的力学性能。

技术特征：

1.一种钛镍合金材料，其特征在于：所述钛镍合金材料的制备原料包括如下重量份的组分：ti粉23-34份、ni粉43-46份、hf粉19-29份、nb粉5-11份、增强型石墨烯0.5-1份；

2.根据权利要求1所述的一种钛镍合金材料，其特征在于：在步骤p1中，所述氧化石墨烯在去离子水中的质量浓度为2.5-3g/l。

3.根据权利要求2所述的一种钛镍合金材料，其特征在于：在步骤p2中，所述硫酸锆水溶液中硫酸镍的质量0.1-0.2g/ml；所述硫酸锆水溶液的添加体积是石墨烯分散液体积的12%-20%。

4.根据权利要求3所述的一种钛镍合金材料，其特征在于：在步骤p2中，所述nabh4溶液的摩尔浓度为1-3mol/l；所述nabh4溶液的添加体积为石墨烯分散液体积的25%-50%。

5.根据权利要求4所述的一种钛镍合金材料，其特征在于：在步骤p3中，所述硫酸锆水溶液中硫酸锆的质量浓度为30-45g/l；所述硫酸锆的添加质量为硫酸镍质量的17.5%-23.5%。

6.一种根据权利要求5所述的钛镍合金材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的钛镍合金材料的制备方法，其特征在于：在步骤s1中，所述增强型石墨烯在无水乙醇中的质量浓度为0.05-0.1g/ml。

8.根据权利要求7所述的钛镍合金材料的制备方法，其特征在于：在步骤s2中，所述合金浆料的料液比g/ml为1:1.5-2。

技术总结本发明公开了钛镍合金技术领域的一种钛镍合金材料及其制备方法，所述钛镍合金材料的制备原料包括如下重量份的组分：Ti粉23‑34份、Ni粉43‑46份、Hf粉19‑29份、Nb粉5‑11份、增强型石墨烯0.5‑1份。本发明在钛镍合金原料中掺杂增强型石墨烯，所述增强型石墨烯镍金属纳米粒子和锆纳米金属离对石墨烯进行包覆，能够提高石墨烯在合金材料中界面结合性，添加Hf粉和Nb粉，用Hf元素替代NiTi中的Ti元素，能够提高钛镍金属的相变温度和力学强度。技术研发人员：刘德武受保护的技术使用者：沈阳吉恩特新材料开发有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/26