一种通过三丝电弧增材制造技术对NiTi合金进行合金元素添加的设计开发的制作方法

一种通过三丝电弧增材制造技术对niti合金进行合金元素添加的设计开发
技术领域
1.本发明属于新型niti基形状记忆合金设计的技术领域，特别涉及所有基于waam技术原位热处理制备niti合金的过程。


背景技术：

2.niti基形状记忆合金是具有多种优异性能的智能材料，包括形状记忆效应，超弹性，生物相容性和阻尼特性等，这些性能使得niti基形状记忆合金在航空航天，机械，医学等领域都有着广泛的应用。为了满足各种行业不同的应用需求，在制备niti基形状记忆合金时常采用添加合金元素的办法来对马氏体相变温度进行调控，其中，可以降低相变温度的合金元素主要包括fe、co、al、v、cr等，除此以外，cu元素的加入可以取代ni元素，主要具有以下四个特点：1.降低马氏体转变温度对成分的依赖；2.减小相变滞后；3.减小马氏体的取向应力和超弹性滞后；4.抑制ni4ti3析出相的析出，因此，本专利将使用三丝电弧增材制造技术，将al，v，cu三种合金元素添加到niti基形状记忆合金的单道墙构件中，从而得到相变滞后窄，相变温度低的niti基形状记忆合金。


技术实现要素：

3.一种使用三丝电弧增材制造技术对niti基形状记忆合金进行合金元素添加的设计开发，使用tig焊接技术，将tc4，er-ni和hs201丝在tc4的基板上进行原位合金化，将cu， al，v元素随同丝材送入到熔池中进行凝固，以此实现niti基形状记忆合金合金元素添加的过程，从而得到相变滞后窄，相变温度低的niti基形状记忆合金。
附图说明
4.图1为本发明的niti基形状记忆合金单道墙构件的xrd结果图。
5.图2为本发明的niti基形状记忆合金单道墙构件的sem图。
6.图3为本发明的niti基形状记忆合金的单轴压缩曲线图，循环压缩曲线图和压缩断口。
7.图4为本发明的niti基形状记忆合金单道墙构件的dsc曲线图。
8.图5为本发明的niti基形状记忆合金单道墙构件的eds结果
具体实施方式
9.下面结合具体实施案例进一步说明本发明的技术方案：
10.本发明涉及的试验母材为ti6al4v基板，试件规格为250
×
150
×
8mm，焊丝选用 tc4，er-ni和hs201作为沉积的原料。采用三丝电弧增材制造技术在8mm板厚的ti6al4v 基板进行单道墙的沉积试验。
11.其主要实现步骤如下：
12.1.计算送丝速度并多次重复实验确保送丝机送丝速度稳定，确保沉积实验的严谨性，沉积前使用120目的砂纸将ti6al4v基板表面的氧化膜去除，使用酒精将沉积处表面的油污和脏物，清洗干净后及时进行沉积实验，以免再生成新的氧化膜。
13.2.在控制面板处设定相应参数，ta1，er-ni和hs201的送丝速度分别为1084mm/min、 740mm/min和615mm/min。基板预热温度为600℃，焊接电流为120a，焊接速度为150mm/min，焊接行程为205mm，焊炬摆动宽度为7mm，托罩和焊枪的氩气(99.999％)保护气流量均为 15l/min。
14.3.沉积结束后，将得到的niti基形状记忆合金的单道墙构件用电火花线切割加工的方式切割出试验的试样，首先使用型号为rigaku d/max/2500pc的x射线衍射仪(x-ray diffraction， xrd)进行物相分析确定单道墙构件上，中，下三个部分截面处的相组成，确定相组织演变规律。接着使用quanta feg 250环境场发射扫描电子显微镜(scanning electron microscope， sem)对腐蚀后的试样进行显微组织的观察，并用配备在sem上的能谱仪(energy dispersivespectrometer，eds)对观察到的显微组织进行元素分析来确定不同形貌的相组成。使用维氏硬度计(hmv-2t型)进行显微硬度测试，参数设定为载荷1.9n和载荷持续时间15s。使用万能电子试验机(ddl10型)进行单轴压缩性能测试和循环压缩性能测试。使用差示扫描量热仪(dsc8500型)进行相转变温度分析。
15.经过分析发现：沉积完成后，构件的相组成为ti(ni，cu)和ti2(ni，cu)，其中ti(ni，cu)为基底，ti2(ni，cu)为晶界析出相，构件整体硬度较于传统niti形状记忆合金有了较大的提升，达到了561hv
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。平均压缩强度可以达到1761.56mpa，平均压缩应变可以达到7.74％。由于al，v，cu三种元素的共同作用，导致马氏体相变温度急剧下降，未在可测范围内。
16.以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种使用三丝电弧增材制造技术对niti基形状记忆合金合金元素添加的设计开发，使用tig焊接技术，将tc4，er-ni和hs201丝在tc4的基板上进行原位合金化，将cu，al，v元素随同丝材送入到熔池中进行凝固，以此实现niti基形状记忆合金合金元素添加的过程，从而得到相变滞后窄，相变温度低的niti基形状记忆合金。

技术总结
本发明公开了种使用三丝电弧增材制造技术对NiTi基形状记忆合金合金元素添加的设计开发。利用TIG(Tungsten Inert Gas Welding)焊接技术，使用TC4，ER-Ni和HS201三种不同焊丝为原料在Ti6Al4V基板上沉积NiTi基单道墙构件，从而实现将Cu，Al，V三种元素随同丝材送入到熔池中进行凝固。沉积完成后，构件的相组成为Ti(Ni，Cu)和Ti2(Ni，Cu)，其中Ti(Ni，Cu)为基底，Ti2(Ni，Cu)为晶界析出相，构件整体硬度较于传统NiTi形状记忆合金有了较大的提升，达到了561HV


技术研发人员：田银宝 陈新亚 张国阳 刘帮 韩俭 张熹 蔡养川
受保护的技术使用者：天津大桥焊材集团有限公司
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/12/5