專利名稱：一種鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于形狀記憶合金技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金材料，通過(guò)在鈦鋯鈮基合金中添加鉄，可以在較大的溫度范圍內(nèi)調(diào)整合金的馬氏體相變溫度，提高合金的形狀記憶性能，獲得較大的相變超彈性。
背景技術(shù)：
TiNi形狀記憶合金以其獨(dú)特的形狀記憶效應(yīng)和超弾性，在生物醫(yī)用、エ業(yè)和生活等眾多領(lǐng)域得到應(yīng)用。但是溶出的Ni離子具有細(xì)胞毒性，易引起人體過(guò)敏反應(yīng)， 因此發(fā)展新型無(wú)Ni形狀記憶合金成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)之一。ニ元TiZr合金具有較好綜合高溫性能，其馬氏體相變溫度隨合金成分的不同可以在600°C 880°C范圍內(nèi)變化，并且具有最大1%的高溫形狀記憶性能。申請(qǐng)?zhí)枮?006101134437的專利申請(qǐng)文件中公開(kāi)了ー種鈦鋯鐵形狀記憶合金材料，該合金材料由原子百分比為40% 60%的鈦、40% 55%的鋯和O. 2 5%的鐵組成。該合金材料室溫屈服強(qiáng)度較低，僅為150 300MPa，形狀記憶效應(yīng)約I. 1%，在室溫條件下不具有超彈性。申請(qǐng)?zhí)枮?007101755085的專利申請(qǐng)文件中公開(kāi)了ー種鈦鋯鈮錫高溫形狀記憶合金材料及其制備方法，所述材料由30 40at%的鋯、O. 2 10at%的鈮、5 10at%的錫和余量的鈦組成，上述各成份的含量之和為100%。該合金形狀記憶效應(yīng)稍有提高，約I. 5%，室溫屈服強(qiáng)度為350 750MPa,也未見(jiàn)室溫超彈性的報(bào)道。而良好的形狀記憶效應(yīng)和室溫超彈性是功能性生物材料重要的特征，在生物醫(yī)用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，在Ti-20Zr_10Nb(at.%)合金基礎(chǔ)上，添加合金元素Fe，從而制得了具有良好的形狀記憶效應(yīng)和超弾性性能的四元鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金。一方面，本發(fā)明提供的形狀記憶合金可以在較大溫度范圍(-50^650°C )內(nèi)調(diào)整馬氏體相變溫度，其最大形狀記憶效應(yīng)可達(dá)4. 1%，明顯高于Ti-20Zr-10Nb合金；另一方面，在室溫條件下具有較好的超弾性，最大為3. 1%。本發(fā)明提供的ー種鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金材料，由原子百分比為10% 40%的鋯(Zr)、5% 20%的鈮(Nb)、0· 1% 10%的鐵(Fe)和余量的鈦(Ti)組成，并且上述各成分的含量之和為100%。其中Fe的含量?jī)?yōu)選為O. 5at. %^5at. % ;進(jìn)一步優(yōu)選為O. 5at. % 3at. %。優(yōu)選實(shí)施例中，所述的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金材料為Ti7(lZr2(l_xNb1(lFex，O. 5 ^ X ^ I. O。所述的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金，其具體成份組成如下表I所示表I優(yōu)選實(shí)施例合金組分
權(quán)利要求
1.ー種鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金，其特征在于所述鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金的成分按照原子百分比由109Γ40%的鋯、59Γ20%的鈮、O. Ρ/Γ Ο%的鐵和余量的鈦組成，并且上述各成分的含量之和為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金，其特征在于所述鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金的成分按照原子百分比由10°/Γ40%的鋯、5°/Γ20%的鈮、O. 5°/Γ5%的鐵和余量的鈦組成，并且上述各成分的含量之和為100%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金，其特征在于所述鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金的成分按照原子百分比由10°/Γ40%的鋯、5°/Γ20%的鈮、O. 5°/Γ3%的鐵和余量的鈦組成，并且上述各成分的含量之和為100%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金，其特征在于該鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金為 Ti54 9Zr4(lNb5Fe0
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金，其特征在于該鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金為 Ti7(lZr2(l_xNb1(lFex，其中，O. 5 彡 x 彡 I. O。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金，其特征在于該鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金為 Ti59 5Zr30Nb10Fe0 515
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金，其特征在于該鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金為 Ti64Zr25Nb8Fe315
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金，其特征在于該鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金為 Ti58Zr30Nb10Fe2O
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金，其特征在于該鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金的相變溫度在_50°C ^650°C，最大形狀記憶效應(yīng)4. 1%，最大室溫超彈性3. 1%，在室溫的屈服強(qiáng)度為54(Tl000MPa，延伸率為11% 30%。
10.一種制備如權(quán)利要求I所述的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金的方法，其特征在于有以下步驟第一歩按照原子百分比為10°/Γ40%的鋯、5°/Γ20%的鈮、O. 1°/Γ10%的鐵和余量的鈦，并且上述各成分的含量之和為100%，稱取純度為99. 9%的鈦、純度為99. 9%的鋯、純度為99. 9%的鈮、純度為99. 9%的鐵； 第二歩將上述稱取的鈦、鋯、鈮和鐵原料放入非自耗真空電弧內(nèi)，抽真空至2Xl(T3Pa 5Xl(T3Pa，充入高純氬氣至 IXlO4 3X104Pa，在 1700。C 2000。C 熔煉成鈦錯(cuò)銀鐵形狀記憶合金錠材； 第三歩將上述制得的鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金錠材放于真空熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，在真空度2X10_3Pa 5X10_3Pa，熱處理溫度800° C 900° C保溫I 2小時(shí)，水中淬火，即得到鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鈦鋯鈮鐵形狀記憶合金材料及其制備方法，屬于形狀記憶合金技術(shù)領(lǐng)域。所述的合金由原子百分比為10%~40%的鋯、5%~20%的鈮、0.1%~10%的鐵和余量的鈦組成，并且上述各成分的含量之和為100%。該記憶合金材料的馬氏體相變溫度范圍為-50℃~650℃，最大形狀記憶效應(yīng)4.1%，最大室溫超彈性達(dá)到3.1%；在室溫的屈服強(qiáng)度為540~1000MPa，延伸率為11%~30%。合金不含毒性元素，如Ni、Cr、V，比TiNi記憶合金具有更好的生物相容性，同時(shí)具有較低的彈性模量和較好的塑性。所以，該合金是一種生物相容性好的多功能形狀記憶合金材料，在生物醫(yī)用和航空航天等領(lǐng)域有極大應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C22C14/00GK102690976SQ20121015996
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者張菲, 徐惠彬, 李巖, 薛朋飛 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)