一种无需变形处理的相变合金单晶的制备方法、相变合金单晶、相变合金单晶构件及终端产品与流程

本申请涉及金属材料制备，例如涉及一种无需变形处理的相变合金单晶的制备方法、相变合金单晶、相变合金单晶构件及终端产品。

背景技术：

1、niti合金因温度/应力诱导可逆热弹性马氏体相变而表现出优异的形状记忆能力、超弹性、高阻尼和弹热效应，同时还具有良好的耐磨耐蚀性以及生物相容性，被广泛应用于航空航天、生物医疗、固态制冷等领域。niti合金的性能强烈依赖于晶粒尺寸，但多晶结构的晶界处往往易于发生塑性变形，引发应力集中，从而妨碍可逆马氏体相变发生，导致功能退化。相比之下，niti单晶具有更优异的相变可控性和功能稳定性，可同时表现出大的可完全回复应变、高的储能密度以及超长的疲劳寿命。此外，单一取向的单晶可消除晶界对相变路径的干扰，提供精准的相变热/动力学数据，这对深入理解材料相变行为并建立跨尺度本构模型至关重要。

2、现有单晶制备技术存在显著局限性。传统熔体方法（如提拉法、区熔法、定向凝固法）需在材料熔融状态下进行，易引入坩埚污染，设备复杂昂贵，能耗高且效率低，难以制备大尺寸块体单晶。现有的固态单晶生长方法往往预先要进行预变形处理，如应变退火法需冷轧（变形量>70%）引入位错亚结构，循环热处理法同样需热轧/冷轧引入高密度位错，织构工程晶粒生长法依赖冷拉变形引入强织构，为后续的异常晶粒长大提供驱动力和结构基础。

3、然而，预变形工艺复杂，晶粒取向控制困难，并且仅适用于简单形状单晶样品。此外，niti合金熔区稳定性差，再结晶激活能高，相变温度低（<100℃），难以通过上述制备技术实现单一取向大块单晶生长。同时，该合金加工硬化指数高，回弹严重，很难被机械加工成复杂结构件。因此，亟需开发一种无需预变形、可直接从凝固态获得大块niti单晶的制备技术。

4、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

2、本公开实施例提供了一种无需变形处理的相变合金单晶的制备方法、相变合金单晶、相变合金单晶构件及终端产品，以解决现有工艺难以实现相变合金单一取向大块单晶的制备，且单晶的晶粒尺寸较小的技术问题。

3、在一些实施例中，所述无需变形处理的相变合金单晶的制备方法，其特征在于，包括：采用电子束熔丝沉积工艺，将第一合金逐层沉积，并进行层间重熔，获得第一中间体；其中，所述第一合金具有可逆马氏体相变特性；将第一中间体进行热循环处理，获得第二中间体；将第二中间体进行温度梯度退火，获得第一合金单晶。

4、在一些实施例中，所述相变合金单晶采用如前述实施例任一项所述的无需变形处理的相变合金单晶的制备方法制备获得。

5、在一些实施例中，所述相变合金单晶构件由第一合金单晶构成，所述第一合金单晶采用如前述实施例任一项所述的无需变形处理的相变合金单晶的制备方法制备获得。

6、在一些实施例中，所述终端产品包括如前述相变合金单晶，或者，包括如前述相变合金单晶构件。

7、本公开实施例提供的一种无需变形处理的相变合金单晶的制备方法、相变合金单晶、相变合金单晶构件及终端产品，可以实现以下技术效果：

8、通过重复的逐层沉积-层间重熔策略有效调控晶体生长取向，利用热循环处理引入高密度位错，结合温度梯度退火能够实现单晶定向生长，最终形成高取向一致性的毫米级大块单晶材料。该制备方法通过电子束熔丝沉积、层间重熔、热循环处理、温度梯度退火的协同工艺，无需前置变形处理，能够直接从凝固态高效制备相变合金大块单晶，实现复杂单晶构件的近净快速成形，适用于相变合金的大尺寸、复杂单晶构件快速制备。

9、相变合金单晶取向精准可控，晶内无晶界干扰，相变过程均匀稳定，形状记忆效应恢复率与超弹性性能明显优于多晶及经变形处理的单晶材料，且相变温度波动范围窄。

10、相变合金单晶构件以第一合金单晶为核心构成，通过电子束熔丝沉积预处理、热循环处理与温度梯度退火的协同工艺制备而成，具备高致密度、高取向一致性与低缺陷密度，兼具良好的形状记忆效应与超弹性，且结构稳定性强。

11、以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

1.一种无需变形处理的相变合金单晶的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用电子束熔丝沉积工艺，将第一合金逐层沉积，并进行层间重熔，获得第一中间体，包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将第一中间体进行热循环处理，获得第二中间体，包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将第二中间体进行温度梯度退火，获得第一合金单晶，包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求1至7任一项所述的制备方法，其特征在于，

9.一种相变合金单晶，其特征在于，采用如权利要求1至8任一项所述的无需变形处理的相变合金单晶的制备方法制备获得。

10.一种相变合金单晶构件，其特征在于，

11.根据权利要求10所述的相变合金单晶构件，其特征在于，

12.一种终端产品，其特征在于，包括如权利要求9所述相变合金单晶，或者，包括如权利要求10或11所述的相变合金单晶构件。