一种改善激光选取融化NiTi合金综合性能的方法

一种改善激光选取融化niti合金综合性能的方法
技术领域
1.本发明属于材料技术领域，具体涉及一种改善激光选取融化niti合金综合性能的方法。


背景技术：

2.众所周知，niti合金具有特殊的形状记忆效应以及超弹性而被广泛的应用于生物医疗、航空航天以及机械工程等众多领域。但其难切削难加工的特点严重限制了其应用范围，而3d打印技术的出现为niti合金复杂结构件的制备提供了新的方式。虽然3d打印技术可以一体化成型避免二次加工，但所产生的粗大的柱状晶会严重影响niti合金的超弹性以及力学性能。同时其耐腐蚀性、摩擦磨损等表面性能也会变差。稀土元素作为晶粒细化剂具有细晶强化的作用，同时其较大的原子半径再加入niti合金中可以引发niti合金的晶格畸变，同时可以生成二次相粒子，可以有效提升niti合金的力学性能。基于此，我们考虑通过行星式球磨混粉工艺，将纳米级ceo2粉末与微米级niti合金气雾化粉末进行混合，并通过激光选区熔化技术打印成型，研究加入不同含量ceo2对niti合金力学性能、摩擦磨损性能以及耐腐蚀性的影响规律。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种新的混粉添加元素ceo2来改善niti合金力学性能的方法，以解决激光选取融化niti合金力学性能差、耐腐蚀与耐摩擦性能不足的问题，本发明通过调节ceo2的添加量，通过光学显微镜观察打印后表面形貌，通过万能拉伸试验机进行拉伸试验对比拉伸性能。并通过摩擦磨损试验机和电化学工作站分别对样品的摩擦性能与腐蚀性能进行检测。通过对比分析得出较优的纳米ceo2添加量。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
5.一种改善激光选取融化niti合金力学性能的方法，包括以下步骤：
6.a、通过行星式混粉机将20-100nm粒径的ceo2粉末和15-53μm粒径的niti合金粉末混合，行星式混粉机混粉转速选用500r/min，混粉时间为3h；
7.b、通过blt-s210激光选区熔化(slm)设备制备混粉完成后含有ceo2粉末的的niti合金，其中激光选区熔化(slm)设备的激光功率p选取125w，扫描速度v选取600mm/s，层间距h选取80μm，层厚t选取30μm；
8.c、将步骤b所制备的含有ceo2的niti合金样本表面进行预处理，通过使用400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至含有ceo2的niti合金样本表面的氧化层去除。
9.d、更进一步而言，所述步骤一中ceo2的添加量为ceo2粉末和niti合金粉末总质量的0.03％。
10.通过光学显微镜测试含有ceo2的niti合金样本的表面样貌，并进行摩擦磨损和腐蚀性能检测；通过拉伸试验对其拉伸强度与延展率进行测试，得到一种适合的ceo2添加量以有效改善niti合金的拉伸性能。
11.本发明的有益效果：
12.通过行星式混粉机将稀土ceo2纳米粉末与niti合金粉末混合，通过打印的方式直接打印成型样本，通过测试，含有ceo2的niti合金样本的拉伸性能、耐磨性能以及腐蚀性能全方面提高。
附图说明
13.图1为添加不同含量ceo2得到的含有ceo2的niti合金样本光学显微镜下对比图。
14.图2为添加不同含量ceo2得到的含有ceo2的niti合金样本的拉伸性能曲线对比图。
15.图3为添加不同含量ceo2得到的含有ceo2的niti合金样本的摩擦系数曲线及磨损样貌图。
16.图4为添加不同含量ceo2得到的含有ceo2的niti合金样本的极化曲线图。
具体实施方式
17.实施例1
18.一种改善激光选取融化niti合金力学性能的方法，包括以下步骤：
19.a通过行星式混粉机将添加量为0.03wt％的20-100nm粒径ceo2粉末和15-53μm粒径的niti合金粉末混合，行星式混粉机混粉转速选用500r/min，混粉时间为3h；
20.b、通过blt-s210激光选区熔化(slm)设备制备混粉完成后含有ceo2粉末的的niti合金，其中激光选区熔化(slm)设备的激光功率p选取125w，扫描速度v选取600mm/s，层间距h选取80μm，层厚t选取30μm；
21.c、将步骤b所制备的含有ceo2的niti合金样本表面进行预处理，通过使用400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至含有ceo2的niti合金样本表面的氧化层去除。
22.用光镜观察其形貌如图1b所示，并采用万能拉伸试验机材料的力学性能进行测试。测试结果表明：本实施例1含有ceo2的niti合金样本的表面形貌缺陷极少，孔洞几乎消失了。拉伸强度为932.62mpa，延展率为12.27％。同时摩擦磨损性能优异，摩擦系数可以降低至0.12左右，磨痕深度约为23μm。同时兼具优异的耐腐蚀性，其腐蚀电流密度可降低至2.6432
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a/cm2。
23.实施例2
24.一种改善激光选取融化niti合金力学性能的方法，包括以下步骤：
25.a通过行星式混粉机将添加量为0.3wt％的20-100nm粒径ceo2粉末和15-53μm粒径的niti合金粉末混合，行星式混粉机混粉转速选用500r/min，混粉时间为3h；
26.b、通过blt-s210激光选区熔化(slm)设备制备混粉完成后含有ceo2粉末的的niti合金，其中激光选区熔化(slm)设备的激光功率p选取125w，扫描速度v选取600mm/s，层间距h选取80μm，层厚t选取30μm；
27.c、将步骤b所制备的含有ceo2的niti合金样本表面进行预处理，通过使用400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至含有ceo2的niti合金样本表面的氧化层去除。
28.用光镜观察其形貌如图1c所示，并采用万能拉伸试验机材料的力学性能进行测试。测试结果表明：本实施例2表面形貌缺陷增多，孔洞出现并增多。拉伸强度为574.00mpa，延展率为7.75％。但摩擦磨损性能略有提升，摩擦系数可以降低至0.35左右，磨痕深度约为
27μm。同时兼具较好的耐腐蚀性，其腐蚀电流密度可降低至1.9534
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a/cm2。
29.实施例3
30.一种改善激光选取融化niti合金力学性能的方法，包括以下步骤：
31.a通过行星式混粉机将添加量为3wt％的20-100nm粒径ceo2粉末和15-53μm粒径的niti合金粉末混合，行星式混粉机混粉转速选用500r/min，混粉时间为3h；
32.b、通过blt-s210激光选区熔化(slm)设备制备混粉完成后含有ceo2粉末的的niti合金，其中激光选区熔化(slm)设备的激光功率p选取125w，扫描速度v选取600mm/s，层间距h选取80μm，层厚t选取30μm；
33.c、将步骤b所制备的含有ceo2的niti合金样本表面进行预处理，通过使用400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至含有ceo2的niti合金样本表面的氧化层去除。
34.用光镜观察其形貌如图1d所示，并采用万能拉伸试验机材料的力学性能进行测试。测试结果表明：本实施例3表面形貌缺陷进一步增多，孔洞出现变大且数量进一步增多。拉伸强度为495.05mpa，延展率为2.39％。但摩擦磨损性能较好，摩擦系数可以降低至0.22左右，磨痕深度约为26μm。同时兼具优异的耐腐蚀性，其腐蚀电流密度可降低至2.9156
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10-8
a/cm2。
35.对比例
36.通过blt-s210激光选区熔化(slm)设备制备增材制造niti合金，其中激光功率p选取125w，扫描速度v选取600mm/s，层间距h选取80μm，层厚t选取30μm。将所制备的slm-niti合金表面进行预处理，通过使用400目、600目、800目以及1200目砂纸依次打磨至光面的去除表面氧化层。
37.用光镜观察其形貌如图1a所示，并采用万能拉伸试验机材料的力学性能进行测试。测试结果表明：本实施例表面形貌良好，孔洞较少，拉伸强度为735mpa，延展率为10.88％。但摩擦磨损性能较弱，摩擦系数稳定于0.7左右，磨痕深度约为71μm。耐腐蚀性能较差，其腐蚀电流密度为4.4169
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a/cm2。
38.通过对比可以发现，不同添加量的ceo2会对改进后的含有ceo2的niti合金的力学性能产生巨大的影响，ceo2添加含量过多会导致拉伸性能劣化严重，但是ceo2的添均可以有效的提高耐腐蚀性能与耐磨性能。
39.其中0.03wt％ceo2的加入可以有效的改善材料的力学性能，起到了增强增韧的效果。最高的拉伸强度可达到935mpa，断裂延伸率可以达到12.27％。同时兼具优异的耐磨性能与耐腐蚀性能。摩擦系数可以降低至0.12左右，磨痕深度约为23μm。同时腐蚀电流密度可降低至2.6432
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a/cm2。