CN109834260A - 一种PREP法制备球形NiTi合金粉末 - Google Patents

Abstract

为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种PREP法制备球形NiTi合金粉末。采用NiTi合金棒材为原料，所制得的PREP法制备球形NiTi合金粉末，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。其中，NiTi合金粉末以球形颗粒为主，球形度大于95%，粉末粒度主要分布在54~130μm之间。大粒径粉末颗粒为胞状晶组织，小粒径颗粒表面光滑且无明显结晶组织。NiTi合金粉末的马氏体相变温度随粉末粒径减小而降低，粒径较大的粉末，冷却时只经历一步马氏体相变过程，而粒径较小的粉末在冷却过程中经历两步马氏体相变过程，出现两步马氏体相变的原因是由于快速冷却导致晶粒细化或位错引入。本发明能够为制备高性能的球形NiTi合金粉末提供一种新的生产工艺。

Description

一种PREP法制备球形NiTi合金粉末

所属技术领域

本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种PREP法制备球形NiTi合金粉末。

背景技术

NiTi合金属于一种具有特殊记忆功能的合金，即形状记忆合金（Shape MemoryAlloys,），简称SMA，是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料，即拥有“记忆"效应的合金。在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。

形状记忆合金由于具有许多优异的性能，因而广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。

发明内容

本发明的目的是为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种PREP法制备球形NiTi合金粉末。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

PREP法制备球形NiTi合金粉末的制备原料包括：NiTi合金棒材。

PREP法制备球形NiTi合金粉末的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为38℃，随后加入作为成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，随后放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结，烧结温度为1100℃，保温时间为95min。

PREP法制备球形NiTi合金粉末的检测步骤为：氧含量采用Leco538型氧氮联测仪测定，粒度采用振动筛分法分级，表面形貌采用JSM54扫描电镜观察，物相组成采用D8AdvanceX射线衍射仪表征，热分析采用DSC差示扫描量热仪分析。

所述的PREP法制备球形NiTi合金粉末，NiTi合金粉末以球形颗粒为主，球形度大于95%，粉末粒度主要分布在54~130μm之间。粒径≥183μm的粉末颗粒为胞状晶组织，粒径≤38μm的颗粒表面光滑且无明显结晶组织。

所述的PREP法制备球形NiTi合金粉末，粒径≤38μm的粉末全部为B2相，粒径≥183μm的粉末主要由B2相组成，存在少量Ni3Ti和NiTi2二次相。

所述的PREP法制备球形NiTi合金粉末，NiTi合金粉末的马氏体相变温度随粉末粒径减小而降低，粒径较大的粉末，冷却时只经历一步马氏体相变过程，而粒径较小的粉末在冷却过程中经历两步马氏体相变过程，出现两步马氏体相变的原因是由于快速冷却导致晶粒细化或位错引入。

本发明的有益效果是：

采用NiTi合金棒材为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的PREP法制备球形NiTi合金粉末。其中，NiTi合金粉末以球形颗粒为主，马氏体相变温度随粉末粒径减小而降低。所制得的PREP法制备球形NiTi合金粉末，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的球形NiTi合金粉末提供一种新的生产工艺。

具体实施方式

实施案例1：

PREP法制备球形NiTi合金粉末的制备原料包括：NiTi合金棒材。PREP法制备球形NiTi合金粉末的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为38℃，随后加入作为成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，随后放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结，烧结温度为1100℃，保温时间为95min。PREP法制备球形NiTi合金粉末的检测步骤为：氧含量采用Leco538型氧氮联测仪测定，粒度采用振动筛分法分级，表面形貌采用JSM54扫描电镜观察，物相组成采用D8AdvanceX射线衍射仪表征，热分析采用DSC差示扫描量热仪分析。

实施案例2：

采用PREP法制备的NiTi粉末颗粒以球形为主，球形度高，且无卫星粉存在。粉末粒度主要分布在54~130μm之间，呈现双峰分布。粉末流动性为19.7，松装密度为4.03g/cm3，球形度大于95%，氧含量为0.02%，该粉末特性符合3D打印工艺的要求。粉末粒度不同，表面微观组织存在一定差异。粉末粒径越小，其表面越光滑，且小颗粒的表面没有明显的结晶现象，大颗粒表面为发达的胞状晶组织。随粉末粒径减小，颗粒表面的组织细化。不同粒径粉末表面形貌差异的主要原因是冷却速率不同。对于PREP制粉工艺而言，粉末颗粒是高速运动的熔融液滴快速凝固而形成的非平衡组织，其冷却速率高，并与粉末粒径有直接关系，粉末粒径越小，冷却速度越大。小尺寸液滴由于冷却速率过高，结晶过程受到抑制，因而凝固后形成无明显结晶组织的光滑表面。而尺寸较大的液滴，冷却速率相对较低，同时因体积较大，容易造成凝固收缩差异，导致粉末颗粒内部不同晶粒之间收缩速率不同形成孔隙，使得大粒径粉末表面光滑度较差。

实施案例3：

粉末颗粒的内部组织既反映合金的凝固状态，也体现凝固过程中合金的结晶和长大状况。随粉末颗粒尺寸减小，颗粒的显微组织及晶粒明显细化。粒径≥183μm的大颗粒内部组织为快速凝固形成的胞状结构，颗粒内部呈多点形核特征，结晶组织较粗大，粒径为67~150μm的颗粒内部组织仍为胞状结构，但形核点明显增多且呈现放射状生长趋势，而结晶组织则有所细化。粒径最小的粉末颗粒内部组织更细小，出现细小的胞晶组织。

实施案例4：

粒径≤38μm的粉末全部为BCC结构的奥氏体单相，而粒径≥183μm的粉末主要为B2相，出现少量Ti2Ni和TiNi3二次相。粉末的物相组成与粉末的粒径有关。NiTi合金在630℃存在共析反应。在粉末粒径很小的情况下，由于冷却速率极高，熔滴在结晶前获得很大的过冷度，NiTiB2相在630℃温度下转变为TiNi3和Ti2Ni二次相的共析反应被抑制，最终B2相全部保留下来，而粒径≥183μm的粉末，其冷却速率相对较低，使得部分B2相在630℃时转变为Ni3Ti和NiTi2二次相，最终冷却至室温下时，少量的二次相得以保留。

实施案例5：

不同粒径的NiTi合金粉末，其相变温度和相变路径都不同。在富Ni的NiTi合金中，Ni含量每增加0.1%，合金的相变温度降低约18℃，在NiTi合金中出现R相的原因是位错的引入，另外，晶粒尺寸在54~150nm时，NiTi合金因发生两步马氏体相变而出现R相，而随着粉末粒径减小，冷却速率增大，细粉末由于快速冷却造成颗粒内部的晶格畸变较大，颗粒内部产生大量位错缺陷。粒度≥183μm的大颗粒粉末因冷却速率慢，发生共析反应生成Ni3Ti和NiTi2两种二次相，使得NiTi二元合金中B2-NiTi相内Ni含量减少，最终导致该粉末的相变点温度高于粒度≤38μm的粉末相变点温度，晶粒细化或者位错的产生都有可能导致两步马氏体相变过程的产生，即粒径粉≤38μm的细粉末由于快速冷却而使晶粒细化或引入位错，从而导致冷却过程中发生两步马氏体相变过程，而粒度≥183μm的粉末因冷却速度较低，其晶粒细化不明显或内部的位错缺陷较少，冷却过程中没有出现两步马氏体相变。

Claims (4)

1.一种PREP法制备球形NiTi合金粉末的制备原料包括：NiTi合金棒材。

2.根据权利要求1所述的PREP法制备球形NiTi合金粉末，其特征是PREP法制备球形NiTi合金粉末的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球磨时间为24h，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为38℃，随后加入作为成形剂进行制粒，将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，随后放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结，烧结温度为1100℃，保温时间为95min。

3.根据权利要求1所述的PREP法制备球形NiTi合金粉末，其特征是PREP法制备球形NiTi合金粉末的检测步骤为：氧含量采用Leco538型氧氮联测仪测定，粒度采用振动筛分法分级，表面形貌采用JSM54扫描电镜观察，物相组成采用D8AdvanceX射线衍射仪表征，热分析采用DSC差示扫描量热仪分析。

4.根据权利要求1所述的PREP法制备球形NiTi合金粉末，其特征是所述的PREP法制备球形NiTi合金粉末，NiTi合金粉末以球形颗粒为主，球形度大于95%，粉末粒度主要分布在54~130μm之间，粒径≥183μm的粉末颗粒为胞状晶组织，粒径≤38μm的颗粒表面光滑且无明显结晶组织，所述的PREP法制备球形NiTi合金粉末，粒径≤38μm的粉末全部为B2相，粒径≥183μm的粉末主要由B2相组成，存在少量Ni3Ti和NiTi2二次相，所述的PREP法制备球形NiTi合金粉末，NiTi合金粉末的马氏体相变温度随粉末粒径减小而降低，粒径较大的粉末，冷却时只经历一步马氏体相变过程，而粒径较小的粉末在冷却过程中经历两步马氏体相变过程，出现两步马氏体相变的原因是由于快速冷却导致晶粒细化或位错引入。