一種鎳鈦鋅形狀記憶合金鑄錠熔煉方法技術

本發明專利技術公開了一種鎳鈦鋅形狀記憶合金鑄錠熔煉方法，包括：制備電極塊的方法

【技術實現步驟摘要】
一種鎳鈦鋅形狀記憶合金鑄錠熔煉方法


[0001]本專利技術屬于合金鑄錠熔煉
，尤其涉及一種鎳鈦鋅形狀記憶合金鑄錠熔煉方法
。

技術介紹

[0002]形狀記憶合金是能感知溫度和力等外界環境產生驅動效應的關鍵智能材料，被廣泛應用于航空航天
、
生物醫療等領域，其中鎳鈦基形狀記憶合金應用最廣泛
。
在植介入醫療領域，可通過在鎳鈦合金中摻入
Ag、Cu、Zn、Ga
等添加元素增加鎳鈦合金的抗菌性，
Zn
元素的添加除了具有較好的抗菌性，還具有增加成骨活性
、
增加耐腐蝕性
、
增加耐摩擦性
、
抑制鎳離子的釋放等特性
。
但由于金屬
Zn
的熔沸點極低
(
熔點
419℃
，沸點
907℃)
，無法使用傳統工藝制備鎳鈦鋅合金
(
金屬鎳的熔點約為
1455℃
，金屬鈦的熔點約為
1670℃)
[0003]C.A.Biffi
等人在“C.A.Biffi,et al.,Enhanced antibacterial response in Zn
?
modified additively manufactured NiTi alloy,Materials Letters,Volume335,2023,133749”中報道使用粉末床選區激光熔融技術制備得到具有功能特性的鎳鈦鋅合金，且材料具有良好的抑菌性
。
要實現此類鎳鈦鋅形狀記憶合金的實際應用，需制備鎳鈦鋅合金鑄錠，在鑄錠基礎上使用常規工藝進行鎳鈦鋅絲材
、
棒材等常規產品制備
。
但粉末床選區激光熔融技術制備成本高，只適合制備結構復雜的產品或部件，無法應用于鎳鈦鋅合金鑄錠的批量化生產
。
為滿足植介入醫療器械領域對高端鎳鈦基形狀記憶合金的市場需求，急需突破鎳鈦鋅形狀記憶合金鑄錠的熔煉技術壁壘，實現鎳鈦鋅產品的批量化生產及應用
。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的是提供一種鎳鈦鋅形狀記憶合金鑄錠熔煉方法，以解決由于鋅元素沸點低于金屬鎳及金屬鈦熔點，使得金屬鋅在熔煉過程易揮發且難以與金屬鎳及鈦合金化的問題
。
[0005]本專利技術采用以下技術方案：一種鎳鈦鋅形狀記憶合金鑄錠熔煉方法，包括：制備電極塊的方法
、
制備殼體的方法和制備鑄錠的方法；
[0006]殼體的制備方法為：
[0007]利用鎳板焊接得到殼體，殼體為頂部開口的結構；
[0008]電極塊的制備方法包括：
[0009]步驟
101
：稱取海綿鈦顆粒置于電極壓機的模腔的底部形成第一層海綿鈦，
[0010]步驟
102
：將多個金屬鋅塊置于第一層海綿鈦的上層
、
且靠近模腔一側的位置處，
[0011]步驟
103
：稱取海綿鈦顆粒置于第一層海綿鈦和金屬鋅塊的上層，并形成第二層海綿鈦，使得金屬鋅塊被第二層海綿鈦和第一層海綿鈦完全包裹，
[0012]步驟
104
：壓制得到電極塊；
[0013]鑄錠的制備方法包括：
[0014]步驟
201
：將電極塊置于殼體的容納空腔內，
[0015]步驟
202
：利用第一鎳板通過焊接的方式將殼體的頂部封閉，使得殼體形成一個內置有電極塊的封閉結構，
[0016]步驟
203
：將內置有電極塊的殼體置于坩堝內
、
且將坩堝裝入中頻真空感應熔煉爐內，使得金屬鋅塊靠近坩堝底部放置，
[0017]步驟
204
：將海綿鈦顆粒和鎳板塊填充至殼體外側且坩堝與殼體之間，
[0018]步驟
205
：將第二圓形鎳板水平放置于殼體頂部，然后開啟中頻真空感應熔煉爐進行熔煉得到鎳鈦鋅形狀記憶合金一次鑄錠，
[0019]步驟
206
：將多塊步驟
205
得到的一次鑄錠使用氬弧焊接法焊接在一起作為自耗熔煉電極，使用真空自耗電弧爐熔煉得到成品鑄錠
。
[0020]進一步地，鋅元素在鎳鈦鋅形狀記憶合金鑄錠中的重量占比為
0.1
％～
10
％
。
[0021]進一步地，在中頻真空感應熔煉時，熔煉過程分熔化階段和熔煉階段，均使用惰性氣體進行氣氛保護，熔化時間為
15
～
20min
，熔煉時間為
15
～
30min。
[0022]進一步地，在將坩堝裝入中頻真空感應熔煉爐內時，使得中頻真空感應熔煉爐的感應線圈包圍坩堝的中部，感應線圈的上端低于第二圓形鎳板下端
、
且其下端高于金屬鋅塊的上端所處位置
。
[0023]進一步地，步驟
205
中第二圓形鎳板直徑
≥0.9*
坩堝的內孔直徑，且厚度
≥0.03*
坩堝的內孔高度
。
[0024]進一步地，步驟
203
中，將內置有電極塊的殼體置于坩堝內時，使得殼體的長度和寬度
≤0.6*
坩堝的內徑，且殼體的高度
≤0.8*
坩堝的內孔高度
。
[0025]本專利技術的有益效果是：
[0026]1、
本專利技術在熔煉前將鋅塊壓至電極最底部的心部，并將含鋅電極封裝在殼體內，可大大降低熔煉過程金屬鋅的揮發；
[0027]2、
本專利技術的感應線圈底部高于鋅塊所處位置，可保證熔煉前期鋅無法直接通過感生電流加熱，熔煉開始后被感應線圈環繞的海綿鈦逐漸升溫熔化，金屬鈦溶液流至坩堝底部將無法進行感應加熱的含鋅端電極浸沒，可防止金屬鋅直接揮發到爐腔氣氛中；
[0028]3、
本專利技術的第二圓形鎳板蓋在殼體的頂部，在熔化前期第二圓形鎳板無法被感應線圈加熱，可在一定程度阻擋揮發的金屬鋅蒸汽；
[0029]4、
本專利技術在金屬熔化及熔煉過程均使用惰性氣體進行氣氛保護，可在很大程度阻止鋅的揮發；
[0030]5、
本專利技術在中頻感應熔煉后，將多塊中頻感應熔煉得到的一次鑄錠使用氬弧焊接法焊接在一起，使用真空自耗電弧爐進行二次熔煉，可有效去除感應熔煉過程由于金屬鋅添加形成的氣孔；
[0031]6、
本專利技術制備工藝簡單且高效，不僅可使用常規熔煉設備使熔點差距極大的鎳
、
鈦
、
鋅三種元素合金化，還可消除合金化過程由于添加金屬鋅形成的氣孔，得到可滿足工業生產使用要求的優質鎳鈦鋅形狀記憶合金鑄錠
。
附圖說明
[0032]本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
一種鎳鈦鋅形狀記憶合金鑄錠熔煉方法，其特征在于，包括：制備電極塊
(4)
的方法
、
制備殼體
(3)
的方法和制備鑄錠的方法；所述殼體
(3)
的制備方法為：利用鎳板焊接得到殼體
(3)
，所述殼體
(3)
為頂部開口的結構；所述電極塊
(4)
的制備方法包括：步驟
101
：稱取海綿鈦顆粒置于電極壓機的模腔的底部形成第一層海綿鈦，步驟
102
：將多個金屬鋅塊置于第一層海綿鈦的上層
、
且靠近模腔一側的位置處，步驟
103
：稱取海綿鈦顆粒置于第一層海綿鈦和金屬鋅塊的上層，并形成第二層海綿鈦，使得金屬鋅塊被第二層海綿鈦和第一層海綿鈦完全包裹，步驟
104
：壓制得到電極塊
(4)
；所述鑄錠的制備方法包括：步驟
201
：將電極塊
(4)
置于殼體
(3)
的容納空腔內，步驟
202
：利用第一鎳板通過焊接的方式將殼體
(3)
的頂部封閉，使得殼體
(3)
形成一個內置有電極塊
(4)
的封閉結構，步驟
203
：將內置有電極塊
(4)
的殼體
(3)
置于坩堝
(1)
內
、
且將坩堝
(1)
裝入中頻真空感應熔煉爐內，使得金屬鋅塊靠近坩堝
(1)
底部放置，步驟
204
：將海綿鈦顆粒和鎳板塊填充至殼體
(3)
外側且坩堝
(1)
與殼體
(3)
之間，步驟
205
：將第二圓形鎳板
(2)
水平放置于殼體
(3)
頂部，然后開啟中頻真空感應熔煉爐進行熔煉得到鎳鈦鋅形狀記憶合金一次鑄錠，步驟
206
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳曦，李富強，文娜，趙芬芬，葉俊杰，牛超，劉春雨，王智，曹峰，熊全明，楊曉康，
申請(專利權)人：西安思維智能材料有限公司，
類型：發明
國別省市：