一种增材制造镍钛合金的热处理方法及其应用

本发明涉及金属材料热处理的，尤其涉及一种增材制造镍钛合金的热处理方法及其应用。

背景技术：

1、镍钛合金具有形状记忆效应、超弹性、低刚度、生物相容性、阻尼特性和耐蚀性等特性，被广泛应用于航空航天和医疗设备等领域。然而，由于镍钛合金的活泼性和回弹性，使得传统机械加工工艺制造镍钛合金制件，尤其是形状复杂的零部件存在困难。

2、近年来，增材制造技术的快速发展为复杂零部件制造提供了新的成形技术路径。例如，选区激光熔化技术制造的镍钛合金自膨胀血管支架、口腔正畸丝、椎间融合器等。然后，需要指出的是，增材制造镍钛合金通常需要后续热处理，如固溶处理消除成形过程中产生的杂相，以期获得单相基体；时效处理获得第二相析出，以期获得较优的综合力学性能。此外，由于增材制造过程中不可避免的会产生内部孔隙和微裂纹，最终影响制件性能。因此，开发一种适合于增材制造镍钛合金制件的热处理方法，在消除内部缺陷的同时，实现材料微观组织的有效调控，对提高制件性能和提升制备效率具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供了一种增材制造镍钛合金的热处理方法及其应用。本发明的方法，不仅可以消除增材制造过程中产生的残余孔隙与微裂纹，且能有效调控材料组织性能，提高制备效率。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供一种增材制造镍钛合金的热处理方法，包括以下步骤：

4、(1)将镍钛合金置于密闭容器中加热加压至温度为900-1200℃且密闭容器中的压力不低于120mpa；随后保温保压120min以上，最后以100-1000℃/min的冷却速度降温至250-500℃；

5、(2)对密闭容器中的镍钛合金保温保压30-180min，随后降至室温并取出镍钛合金；所述步骤(1)和步骤(2)中降温后密闭容器中的压力≥80mpa。

6、本发明在密闭容器中同时完成增材制造镍钛合金材料的致密化和热处理。本发明通过在900-1200℃下对镍钛合金施加不少于120mpa均匀等静压力，保温保压不少于120min，有效消除材料在增材制造过程中的残余内部孔隙和微裂纹。与此同时，上述的高压固溶处理能够使增材制造过程中产生的杂相充分溶解于基体，从而获得均匀的单相基体组织，即niti相；并通过调节固溶处理结束时的冷却速率，调控镍钛合金内部第二相的析出。并且，本发明通过调节时效处理的温度和保温保压时长，进一步调控镍钛合金中第二相的提出和长大。此外，由于固溶处理和时效处理均在不低于80mpa气压下进行，镍钛合金能有效避免在热处理过程中的孔隙重新打开。本发明不仅能够有效提高镍钛合金材料的综合力学性能，还能将原来多步热处理合并进行，从而提高镍钛合金制件的生产效率。

7、优选地，所述步骤(1)中加热加压后的温度为1050-1200℃，密闭容器的气压为120-150mpa。

8、更优选地，所述步骤(1)中加热温度为1100℃，气压为130mpa，保温保压时间为210min。

9、优选地，所述步骤(1)中保温保压的时间为180-240min。

10、本发明中采用上述范围内的温度和气压以及保温保压时间，使得镍钛合金在增材制造过程中的残余内部孔隙和微裂纹更好地被消除，从而进一步提高镍钛合金的综合力学性能。

11、优选地，所述步骤(2)中保温保压时的温度为350-500℃，密闭容器的气压为80-120mpa。

12、优选地，所述步骤(2)中保温保压的时间为60-120min。

13、更优选地，所述步骤(2)中保温保压时的温度为400℃，密闭容器的气压为100mpa，保温保压时间为80min。

14、本发明中采用上述范围内的温度和气压以及保温保压时间，使得镍钛合金在热处理过程中的孔隙更不容易被重新打开，有利于进一步提高镍钛合金的综合力学性能。

15、优选地，所述步骤(1)中冷却速度为800-1000℃/min。

16、更优选地，所述步骤(1)中冷却速度为900℃/min。

17、优选地，所述密闭容器为热等静压缸体。

18、第二方面，本发明提供一种增材制造镍钛合金，所述增材制造镍钛合金由上述热方法处理后得到。

19、第三方面，本发明提供一种增材制造镍钛合金在航天航空、生物医疗领域的应用。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、(1)本发明通过在900-1200℃下对材料施加不少于120mpa均匀等静压力，保温保压不少于120min，有效消除材料在增材制造过程中的残余内部孔隙和微裂纹。

22、(2)本发明通过调节时效处理的温度和保温保压时长，有利于调控镍钛合金中第二相的提出和长大。此外，由于固溶处理和时效处理均在不低于80mpa气压下进行，能有效避免镍钛合金材料在热处理过程中孔隙重新被打开。

技术特征：

1.一种增材制造镍钛合金的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的增材制造镍钛合金的热处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中加热加压后的温度为1050-1200℃，密闭容器的气压为120-150mpa。

3.如权利要求1所述的增材制造镍钛合金的热处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中保温保压的时间为180-240min。

4.如权利要求1所述的增材制造镍钛合金的热处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中保温保压时的温度为350-500℃，密闭容器的气压为80-120mpa。

5.如权利要求1所述的增材制造镍钛合金的热处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中保温保压的时间为60-120min。

6.如权利要求1所述的增材制造镍钛合金的热处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中冷却速度为800-1000℃/min。

7.如权利要求6所述的增材制造镍钛合金的热处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中冷却速度为900℃/min。

8.如权利要求1所述的增材制造镍钛合金的热处理方法，其特征在于，所述密闭容器为热等静压缸体。

9.一种增材制造镍钛合金，其特征在于，所述镍钛合金由权利要求1-8任一项所述的增材制造镍钛合金的热处理方法处理后得到。

10.一种如权利要求9所述的增材制造镍钛合金在航天航空、生物医疗领域的应用。

技术总结
本发明公开了一种增材制造镍钛合金的热处理方法及其应用，涉及金属材料热处理的技术领域。一种增材制造镍钛合金的热处理方法，包括以下步骤：(1)将镍钛合金置于密闭容器中加热加压至温度为900‑1200℃且密闭容器中的压力不低于120MPa；随后保温保压120min以上，最后以100‑1000℃/min的冷却速度降温至250‑500℃；(2)对密闭容器中的镍钛合金保温保压30‑180min，随后降至室温并取出镍钛合金；步骤(1)和步骤(2)中降温后密闭容器的压力≥80MPa。本发明的方法不仅可以消除增材制造过程中产生的残余孔隙与微裂纹，且能有效调控材料组织性能，提高制备效率。

技术研发人员：施麒,申正焱,刘辛,谭冲
受保护的技术使用者：广东省科学院新材料研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15