CN113351880A - 一种镍钛合金构件的制造方法以及镍钛合金构件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种镍钛合金构件的制造方法以及镍钛合金构件，制造方法包括以下步骤：1)预置镍钛合金粉末形成待处理层，所述镍钛合金粉末中，Ni元素的原子百分比为49.8‑50.8％，余量为Ti原子；2)根据打印工艺参数对所述待处理层进行激光熔化处理，形成目标层；3)重复执行步骤1)‑步骤2)，形成镍钛合金构件；所述激光熔化处理中，激光功率为90‑150W，激光扫描速度为400‑1200mm/s；所述镍钛合金构件具有多孔结构。该方法简单易操作，通过对镍钛合金构件的原料和制造参数进行限定，所制得的镍钛合金构件在≥50％大变形后可以展现较高的形状回复，且在多次循环变形后依然保持较高的形状回复率。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备方法，尤其涉及一种镍钛合金构件的制造方法以及镍钛合金构件，属于形状记忆合金技术领域。
背景技术
由于泡沫铝、蜂窝夹心板等常用吸能材料可依赖大变形时局部坍塌而发生严重塑性变形吸收大量的能量，从而起到保护目标物品的作用，因此已在航空航天、汽车制造以及军事武器装备等领域得到广泛的应用。然而这些吸能材料一旦使用后其内部的坍塌破碎过程是不可恢复的，在一次性使用后就需要进行更换，从而会产生巨大的资源浪费并导致相关装备的运行效率低下。随着科技生活的发展，各个领域对免更换可重复使用的吸能防护结构提出了极大的需求。
目前对于可重复使用吸能结构的研究可分为三类。第一类是液压式防冲撞装置，其依靠内部流体与固体的相对摩擦运动快速消耗能量。液压式防冲撞装置虽能重复使用，但由于装置复杂繁重、危险系数高、温度影响大等问题而不具备较大运输性和普适性。第二类是高弹性的高分子材料，通过填充物吸收能量，利用高弹性实现可重复使用。但此方法制备的吸能材料强度低、抗冲击性差、适用性差。第三类是采用独特的屈曲变形结构设计，依靠结构屈曲变形储存弹性能从而达到吸收能量的目的，且在反向施力后又可恢复，但此类可重复吸能结构仍处于概念性设计阶段，实用性差，吸能量极低，结构设计要求高，普适性也很差。因此上述所提的几类可重复吸能结构均无法实现高吸能、运输便捷、普适性强、形状自回复等多优点的集合，进而难以满足严苛的实际应用需求。
发明内容
本发明提供一种镍钛合金构件的制造方法，该方法简单易操作，通过对镍钛合金构件的原料和制造参数进行限定，能够得到在变形后、尤其严重变形后(变形率≥50％)易高度恢复的镍钛合金构件。
本发明还提供一种镍钛合金构件，该镍钛合金构件不仅有较高的能量吸收并且在发生多次严重变形后仍旧能够高度还原，循环稳定性表现优异。
本发明提供一种镍钛合金构件的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
1)预置镍钛合金粉末形成待处理层，所述镍钛合金粉末中，Ni元素的原子百分比为49.8-50.8％，余量为Ti原子；
2)根据打印工艺参数对所述待处理层进行激光熔化处理，形成目标层；
3)重复执行步骤1)-步骤2)，形成镍钛合金构件；
所述激光熔化处理中，激光功率为90-150W，激光扫描速度为400-1200mm/s；
所述镍钛合金构件具有多孔结构。
如上所述的镍钛合金构件的制造方法，其中，所述激光熔化处理中，扫描间距为50-140μm。
如上所述的镍钛合金构件的制造方法，其中，所述激光熔化处理为条带旋转扫描模式；其中，条带宽度为3-5mm，逐层旋转角度为50°～90°内不被360°整除的数值。
如上所述的镍钛合金构件的制造方法，其中，所述待处理层的厚度为25-35μm。
如上所述的镍钛合金构件的制造方法，其中，所述激光熔化处理中，光斑直径为60-80μm。
如上所述的镍钛合金构件的制造方法，其中，所述镍钛合金粉末中，Ni元素的原子百分比为50％-50.6％，余量为Ti原子；
所述激光熔化处理中，激光功率为100-120W，激光扫描速度为500-900mm/s，扫描间距为80-110μm，所述处理层的厚度为29-31μm。
如上所述的镍钛合金构件的制造方法，其中，所述镍钛合金构件包括多个单胞件，所述单胞件具有至少一个孔隙；多个所述单胞件相互连接形成所述多孔结构。
如上所述的镍钛合金构件的制造方法，其中，多个所述单胞件呈阵列排布，且沿着第一方向和第二方向依次排布；其中，所述第一方向和所述第二方向垂直；位于所述第一方向和所述第二方向的所述单胞件的数量均不小于4个。
如上所述的镍钛合金构件的制造方法，其中，所述镍钛合金构件的孔隙率不低于95％。
本发明还提供一种镍钛合金构件，按照上述任一项所述的镍钛合金构件的制造方法得到。
本发明的镍钛合金构件的制造方法，以具有特殊组成的镍钛合金粉末为原料，通过特殊参数下的选区激光熔化增材制造技术(SLM)得到具有多孔结构的镍钛合金构件。该制造方法不仅能够以高精度得到各种复杂结构的镍钛合金构件，并且还能够使镍钛合金构件具有优异的可重复吸能-重复恢复的性能。具体地，SLM几乎可以实现各种形状结构需求的镍钛合金构件的制作，并且精度高、内部缺陷少。而且在特殊参数的SLM下得到的具有特殊组成的多孔结构的镍钛合金构件不仅够能在变形时消耗大量的能量，产生类似于传统金属塑性变形耗能的效果，从而在反复循环使用的过程中依旧能够维持较高的吸能能力，并且其还具有形状记忆效应，在外力的作用下发生多次变形后仍旧可以通过简单的热刺激引发马氏体相变从而完成形状结构的自恢复，恢复稳定性强。
本发明的镍钛合金构件，是一种以特殊组成的镍钛合金粉末为原料在特殊工艺参数下SLM成型得到的具有多孔结构的镍钛合金构件，因此不仅能够呈现出几何复杂度高、精度高的特点，更是具有吸能强、易恢复、循环使用稳定性优异的优势，能够满足航空航天、军事装备、汽车制造等领域在长期发展中的需求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的镍钛合金构件的一种实施方式的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的镍钛合金构件的另一种实施方式的结构示意图；
图3为本发明实施例1的六边形蜂窝状镍钛合金构件的压缩应力-应变曲线；
图4为本发明实施例1的六边形蜂窝状镍钛合金构件的形状回复率-应变曲线；
图5为本发明实施例1的六边形蜂窝状镍钛合金构件的吸收能量-应变曲线；
图6本发明实施例1的六边形蜂窝状镍钛合金构件在60％应变下循环变形15次的形状回复率随循环次数的变化曲线；
图7为本发明实施例2的八面体点阵镍钛合金构件的压缩率为60％后加热回复的应力-应变-温度曲线；
图8为本发明实施例3的三角形蜂窝镍钛合金构件的压缩率至50％后加热回复的应力-应变-温度曲线；
图9为本发明实施例4的六边形蜂窝状镍钛合金构件的形状回复率-应变曲线；
图10为本发明实施例5的六边形蜂窝状镍钛合金构件的形状回复率-应变曲线；
图11为实施例6的六边形蜂窝状镍钛合金构件的形状回复率-应变柱状图；
图12为实施例7的六边形蜂窝状镍钛合金构件压缩至50％后加热回复的应力-应变-温度曲线；
图13为实施例8的八面体三维点阵镍钛合金构件压缩至50％后加热回复的应力-应变-温度曲线；
图14为实施例9的三角形蜂窝镍钛合金构件压缩至50％后加热回复的应力-应变-温度曲线；
图15为本发明对比例1的镍钛合金构件的压缩应力-应变曲线；
图16为本发明对比例2的镍钛合金构件的压缩应力-应变曲线；
图17为本发明对比例3的镍钛合金构件的压缩应力-应变曲线；
图18为本发明对比例4的镍钛合金构件的压缩应力-应变曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种镍钛合金构件的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
1)预置镍钛合金粉末形成待处理层，所述镍钛合金粉末中，Ni元素的原子百分比为49.8-50.8％，余量为Ti原子；
2)根据打印工艺参数对所述待处理层进行激光熔化处理，形成目标层；
3)重复执行步骤1)-步骤2)，形成镍钛合金构件；
所述激光熔化处理中，激光功率为90-150W，激光扫描速度为400-1200mm/s；
所述镍钛合金构件具有多孔结构。
本发明提供的制造方法，以Ni元素的原子百分比为49.8-50.8％且Ni原子和Ti原子的原子百分比之和为100％的镍钛合金粉末为原料，通过SLM得到具有多孔结构的镍钛合金构件的方法。该方法的执行主体可以使用目前本领域常规的SLM金属打印机，SLM金属打印机通过控制预置镍钛合金粉末和对该镍钛合金粉末进行熔化、凝固处理实现上述步骤1)-3)，最终得到镍钛合金构件。其中，镍钛合金粉末粒径分布15～53μm的范围。
示例性地，SLM金属打印机包括仓储单元、预置单元、平台单元、激光单元，其中，预置单元用于将存储于仓储单元中的镍钛合金粉末预置平铺在平台表面形成待处理层，激光单元用于根据打印工艺参数对待处理层进行激光熔化以形成目标层。每形成一层目标层后，平台单元会在高度方向上下降一定距离，从而能够进行包括预置镍钛合金粉末形成待处理层和激光熔化形成目标层的下一循环，如此往复N个循环(N＞1)，当N个目标层在高度方向上逐层累积叠加后，即形成了镍钛合金构件。
一般的，SLM均在无氧环境(氧气含量低于500ppm)下进行，因此在本发明的加工方法进行之前需要对利用保护气对用于形成待处理层和目前层的环境进行保护。示例性地，保护气可以为氩气。此外，还需要在步骤1)之前对镍钛合金粉末进行预热处理，预处理包括在80-120℃下干燥5-8h，例如预热处理可以通过真空干燥箱进行。
步骤1)中，对镍钛合金粉末预置形成待处理层，一般的，待处理层是具有一定厚度且各处厚度均一的层状结构。
步骤2)中，根据打印工艺参数对步骤1)中的待处理层进行激光熔化处理。此处的打印工艺参数是指利用分层软件对欲得到的镍钛合金构件的三维模型进行分层，之后利用3D打印填充软件对每层打印参数和策略进行设置，得到的切片数据。打印工艺参数一般包括用于表示欲得到的镍钛合金构件的形状的信息，因此打印工艺参数能够控制激光源的扫描路径对待处理层进行有目的有路线的激光熔化，进而得到目标层。本发明制造方法得到的镍钛合金构件具有多孔结构，示例性地，可以利用Solidworks构建欲得到的镍钛合金构件的三维模型，分层软件例如可以选用Materialise magics。在本发明的制造方法中，激光熔化处理中，激光功率为90-150W，激光扫描速度为400-1200mm/s。
按照上述步骤1)-2)形成一个目标层之后，重复执行上述步骤1)-2)，即在前一个目标层表面继续形成待处理层、对待处理层进行激光熔化处理形成新的目标层。多个目标层依次叠加，形成镍钛合金构件。该镍钛合金构件的形状和欲得到的三维模型的形状一致。
本发明制作方法得到的镍钛合金构件，不仅具有SLM的优势，例如无需模具开发、焊接等复杂的加工过程便可以实现复杂结构零部件的制作，工艺周期短，并且加工精度高、原材料利用率高，更是具有吸能能力高、恢复性能好、反复使用后结构稳定性佳的优势。发明人推测，该优势可能源于SLM特殊的工艺参数、镍钛合金粉末的特殊组成、粒径以及镍钛合金构件的特殊结构的相互匹配的结果。一方面，在特殊SLM参数下获得的镍钛合金构件的孔状结构和特殊组成、粒径的镍钛合金自身的去孪晶耗能有助于提升镍钛合金构件的吸能能力，另一方面，特殊组成的镍钛记忆合金在大变形后，简单的热刺激能够引发马氏体逆相变从而实现原有形状和结构的恢复，最终使镍钛合金构件具备可重复吸能的能力。值得一提的是，由于马氏体逆相变实际是基体点阵切变，由于切变速度快，因此回复响应速度也较快，回复率高。本发明不限定热刺激的具体形式，例如可以通过加热或者电刺激的方式进行。
进一步地，激光熔化处理中扫描间距为50-140μm。进一步为80-100μm。其中，扫描间距是指相邻的两条激光扫描线之间的距离。
在一种实施方式中，本发明的激光熔化处理为条带旋转扫描模式，且条带宽度为3-5mm，逐层旋转角度为50°～90°内不被360°整除的数值，例如57°、67°、80°等。
其中，条带模式是将待处理层分成数个条带区域，然后根据打印工艺参数对每个条带区域进行激光扫描，而每个条带区域的宽度即为条带宽度。例如，第(n+1)待处理层a1中分为N个条带(N≥1)，每个条带的条带宽度相等，在第(n+1)待处理层a1中激光会按照预设路线从第一个条带扫描至第四个条带得到第(n+1)目标层a。随后，在第(n+1)目标层a上按照层叠方向预置第(n+2)待处理层b1，第(n+2)待处理层b1中分为M个条带(M≥1)。需要注意的是，当为旋转模式时，第(n+2)待处理层b1相对于第(n+1)待处理层a1发生了旋转，并且旋转角度为50°～90°内不被360°整除的数值。
进一步地，激光熔化处理的光斑直径为60-80μm。
除了对激光熔化处理的参数进行限定外，待处理层的厚度也会对镍钛合金构件的吸能能力和回复能力产生影响。具体地，当待处理层的厚度为25-35μm时，有利于进一步增强镍钛合金构件的吸能能力以及回复能力，从而具有更为优异的循环结构稳定性。
能够理解，即使待处理层的厚度满足上述要求时，当激光熔化处理采用不同的参数时，也会对最终得到的镍钛合金构件的吸能能力和回复能力产生不同的影响。因此大致而言，当待处理层的厚度为29-31μm时，控制激光功率为100-120W，激光扫描速度为500-900mm/s，激光扫描间距为80-110μm时，可基本保证镍钛合金构件具有更为优异的重复使用性能，在多次循环后，其强度、比吸能或者形状回复率均无明显下降。具体地，在大于等于50％的变形后，按照该方法制备得到的镍钛合金构件的形状回复率大于98％。并且在50％以上的变形循环15次后，形状回复率大于97％，比吸能衰减小于3％。
尤其当采用Ni元素的原子百分比为50％-50.6％，进一步地为49.8-50.6％、余量为Ti原子的镍钛合金粉末时，还可以进一步拓宽镍钛合金构件的使用温域，保证其在很宽的温域内一直呈现马氏体态，从而能够降低温度对回复性能的影响。
如前，本发明制造得到的镍钛合金构件具有多孔结构。本发明不限定镍钛合金构件的具体形状。图1为本发明实施例提供的镍钛合金构件的一种实施方式的结构示意图，图2为本发明实施例提供的镍钛合金构件的另一种实施方式的结构示意图。如图1和图2所示，该镍钛合金构件100包括多个单胞件10，单胞件10具有至少一个孔隙。多个单胞件10相互连接形成多孔结构。通过设置多个具有孔隙的单胞件10，使单胞件10相互连接形成镍钛合金构件的多孔结构。这里需要说明的是，单胞件10也可以具有多个孔隙，本发明实施例对单胞件10的孔隙数量不作限制。
具体的，如图1所示，多个单胞件10呈阵列排布，且沿着第一方向(图中的e方向)和第二方向(图中的f方向)依次排布；其中，第一方向和第二方向垂直，位于第一方向和第二方向的单胞件10的数量不小于4个。该结构能够进一步提升镍钛合金构件的吸能潜力和重复利用率。
进一步地，如图1所示，单胞件10可以包括多个侧壁11，多个侧壁11依次首尾相连围成孔隙。侧壁沿着第三方向(未示出)延伸；其中，第一方向(图中的e方向)、第二方向(图中的f方向)和第三方向两两相互垂直。这样单胞件10为“筒状”的立体结构。
需要说明的是，除了图1和2所示的规则排列的单胞件10之外，单胞件10也可以是不规则排列。本发明实施例对单胞件10的排列方式不作限制。
为了进一步保证镍钛合金构件的吸能能力，该镍钛合金构件的孔隙率不低于95％。
本发明不限定制造的镍钛合金构件的具体结构。同样的，本发明对制造的镍钛合金构件的体积也不做限定。能够理解，这些不同结构和不同体积大小的镍钛合金构件均可以通过SLM制造得到。
本发明还提供一种镍钛合金构件，该镍钛合金构件按照上述任一项所述的制造方法得到。
该镍钛合金构件不仅能够呈现出几何复杂度高、精度高的特点，更是具有吸能强、易恢复、循环使用稳定性优异的优势。具体地，该镍钛合金构件在大于等于50％的变形后，形状回复率大于95％，进一步大于98％。并且在50％以上的变形循环15次后，形状回复率大于97％，比吸能衰减小于3％。
以下对本发明的镍钛合金构件的制造方法以及镍钛合金构件进行详细的说明。
实施例1
本实施例的镍钛合金构件的制造方法包括以下步骤：
1)利用Solidworks软件构建边长为11mm，壁厚为0.4mm的六边形单胞组成的5×4排列而成的六边形蜂窝结构，该蜂窝结构沿打印方向高度为10mm。利用MaterialiseMagics软件将构建好的模型进行分层处理，然后利用3D打印填充软件对每层打印参数和策略进行设置，得到模型的打印工艺参数，将其导入选区激光熔化设备电脑里。
2)取100℃下真空烘干8小时后的Ni50.6Ti49.4合金粉末(粒径分布为15～53μm)均匀铺展在镍钛基板上，基板预先加热至180℃，并向选区激光熔化设备中通入惰性气体氩气，至其腔室内氧气含量在500ppm以下；循环往复地在基板上进行铺粉，然后激光熔化，直至最后一层加工完成后停止，待腔室内氩气排放干净，清理粉末，取出带有成型结构件的基板，用电火花切割机将成形的六边形蜂窝结构件从基板上切下，得到六边形蜂窝状镍钛合金构件。
激光熔化处理中，激光功率120W，光斑直径70μm，扫描速度800mm/s，扫描间距100μm，铺粉层厚30μm；所选用的扫描策略为条带分区加旋转，其中条带宽度4mm，旋转角度67°。
通过对六边形蜂窝状镍钛合金样件进行压缩试验(国标号：GB/T7314-2017)，制作压缩应力-应变曲线。图3为本发明实施例1的六边形蜂窝状镍钛合金构件的压缩应力-应变曲线。根据图3可知，当实施例1中的六边形蜂窝状镍钛合金构件的压缩率为10％、20％、30％、40％、50％、60％以及70％时，其均有吸能能力，并且未发生结构坍塌。
对压缩后的六边形蜂窝状镍钛合金样件进行热刺激使复原，并建立六边形蜂窝状镍钛合金样件的形状回复率-应变曲线和吸收能量-应变曲线。图4为本发明实施例1的六边形蜂窝状镍钛合金构件的形状回复率-应变曲线，图5为本发明实施例1的六边形蜂窝状镍钛合金构件的吸收能量-应变曲线。从图4和图5可以看出，随着变形的增大，该六边形蜂窝状镍钛合金构件的形状回复率有所下降，但衰减小于3％，单位体积吸收的能量逐步增加。
图6本发明实施例1的六边形蜂窝状镍钛合金构件在60％应变下循环变形15次的形状回复率随循环次数的变化曲线，可以看出，随着循环次数的增加，形状回复率有所下降，但在第9次后便保持97.2％的回复率稳定不变。
实施例2
本实施例的镍钛合金构件的制造方法包括以下步骤：
1)利用Solidworks软件构建杆径长度为10mm，杆径直径为0.4mm的正八面体单胞组成的4×4×4排列而成的三维点阵结构，利用Materialise Magics软件将构建好的模型进行分层处理，然后利用3D打印填充软件对每层打印参数和策略进行设置，得到模型的打印工艺参数，将其导入选区激光熔化设备电脑里。
2)取100℃下真空烘干8小时后的Ni50.6Ti49.4合金粉末(粒径分布为15～53μm)均匀铺展在镍钛基板上，基板预先加热至180℃，并向选区激光熔化设备中通入惰性气体氩气，至其腔室内氧气含量在500ppm以下；循环往复地在基板上进行铺粉，然后激光熔化，直至最后一层加工完成后停止，待腔室内氩气排放干净，清理粉末，取出带有成型结构件的基板，用电火花切割机将成形的八面体点阵结构件从基板上切下，即得到八面体点阵镍钛合金构件。
激光熔化处理中，激光功率120W，光斑直径70μm，扫描速度800mm/s，扫描间距100μm，铺粉层厚30μm；所选用的扫描策略为条带分区加旋转，其中条带宽度4mm，旋转角度67°。
图7为本发明实施例2的八面体点阵镍钛合金构件的压缩至60％后加热回复的应力-应变-温度曲线。根据图7可知，当实施例2中的八面体点阵镍钛合金构件的压缩率为60％时，其具有优异的吸能能力，并且未发生结构坍塌，且加热后能实现98％的形状回复率。
实施例3
本实施例的镍钛合金构件的制造方法包括以下步骤：
1)利用Solidworks软件构建边长为10mm，壁厚为0.4mm的三角形单胞组成的5×5排列而成的三角形蜂窝结构，利用Materialise Magics软件将构建好的模型进行分层处理，然后利用3D打印填充软件对每层打印参数和策略进行设置，得到打印工艺参数，将其导入选区激光熔化设备电脑里。
2)取100℃下真空烘干8小时后的Ni50.6Ti49.4合金粉末(粒径分布为15～53μm)均匀铺展在镍钛基板上，基板预先加热至180℃，并向选区激光熔化设备中通入惰性气体氩气，至其腔室内氧气含量在500ppm以下；循环往复地在基板上进行铺粉，然后激光熔化，直至最后一层加工完成后停止，待腔室内氩气排放干净，清理粉末，取出带有成型结构件的基板，用电火花切割机将成形的三角形蜂窝结构件从基板上切下，即得到三角形蜂窝镍钛合金构件。
激光熔化处理中，激光功率120W，光斑直径70μm，扫描速度800mm/s，扫描间距100μm，铺粉层厚30μm；所选用的扫描策略为条带分区加旋转，其中条带宽度4mm，旋转角度67°。
图8为本发明实施例3的三角形蜂窝镍钛合金构件的压缩率至50％后加热回复的应力-应变-温度曲线。根据图8可知，当实施例3中的三角形蜂窝镍钛合金构件的压缩率为50％时，其具有优异的吸能能力，并且未发生结构坍塌，且在加热后能实现98.2％的形状回复率。
实施例4
本实施例与实施例1基本一致，不同处在于：仅改变SLM参数扫描速度变为1000mm/s，制得六边形蜂窝状镍钛合金构件。
图9为本发明实施例4的六边形蜂窝状镍钛合金构件的形状回复率-应变曲线。从图9可以看出，该六边形蜂窝状镍钛合金构件在压缩10％、20％、30％、40％、50％时均能发生回复，且50％压缩后的形状回复率为96％。
实施例5
本实施例与实施例1基本一致，不同处在于：仅改变合金粉末组成为Ni50.7Ti49.3和SLM参数激光功率为130W，制得六边形蜂窝状镍钛合金构件。
图10为本发明实施例5的六边形蜂窝状镍钛合金构件的形状回复率-应变曲线。从图10可以看出，该六边形蜂窝状镍钛合金构件在压缩10％、20％、30％、40％、50％时均能发生回复，且50％压缩后的形状回复率为95.7％。
实施例6
本实施例与实施例1基本一致，不同处在于：仅改变合金粉末组成为Ni49.9Ti50.1和SLM参数扫描间距为130μm，制得六边形蜂窝状镍钛合金构件。
图11为实施例6的六边形蜂窝状镍钛合金构件的形状回复率-应变柱状图。从图11可以看出，该六边形蜂窝状镍钛合金构件在50％压缩后的形状回复率为96％。
实施例7
本实施例与实施例1基本一致，不同处在于：仅改变合金粉末组成为Ni50.2Ti49.8且激光功率为110W，制得六边形蜂窝状镍钛合金构件。
图12为实施例7的六边形蜂窝状镍钛合金构件压缩至50％后加热回复的应力-应变-温度曲线，可以看出该样件压至50％过程中无断裂，有一定的吸能能力，且加热后可实现97％的形状回复。
实施例8
本实施例与实施例2基本一致，不同处在于：仅改变合金粉末组成为Ni50.2Ti49.8且扫描速度为600mm/s，制得八面体三维点阵镍钛合金构件。
图13为实施例8的八面体三维点阵镍钛合金构件压缩至50％后加热回复的应力-应变-温度曲线，可以发现其具有优异的变形能力和吸能能力，且未发生坍塌，加热后形状回复率达97.5％。
实施例9
本实施例与实施例3基本一致，不同处在于：仅改变合金粉末组成为Ni50.4Ti49.6扫描间距为110μm，制得三角形蜂窝镍钛合金构件。
图14为实施例9的三角形蜂窝镍钛合金构件压缩至50％后加热回复的应力-应变-温度曲线，可以发现该镍钛合金构件具备优异的吸能能力，变形无坍塌，且加热后形状回复率达96.5％
对比例1
本对比例与实施例1基本一致，不同处在于：仅改变激光功率为70W且激光扫描速度为300mm/s。
图15为本发明对比例1的镍钛合金构件的压缩应力-应变曲线。可以看出，通过该参数打印出来的镍钛合金构件在变形至40％前就已发生断裂，更无法实现大变形下的形状回复。
对比例2
本对比例与实施例1基本一致，不同处在于：仅改变合金粉末组成为Ni52Ti48。
图16为本发明对比例2的镍钛合金构件的压缩应力-应变曲线。可以看出，通过该粉末组成材料打印出来的镍钛结构件在变形至30％就已发生严重脆性断裂，更无法实现大变形下的形状回复。
对比例3
本对比例与实施例1基本一致，不同处在于：仅改变合金粉末组成为Ni51Ti49、激光功率为150W且激光扫描速度为1300mm/s。
图17为本发明对比例3的镍钛合金构件的压缩应力-应变曲线。可以看出，通过该组成成分和参数打印出来的镍钛结构件在变形至15％时就已发生断裂，更无法实现大变形下的形状回复。
对比例4
本对比例与实施例1基本一致，不同处在于：本对比例利用Solidworks软件构建长×宽×高为10mm×10mm×10mm的实心正方体块材，该实心正方体块材不具备多孔结构特征。
图18为本发明对比例4的镍钛合金构件的压缩应力-应变曲线。可以看出，通过该结构打印出来的镍钛结构件在变形至36％时已经发生断裂，更无法实现大变形下的形状回复。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种镍钛合金构件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：
1)预置镍钛合金粉末形成待处理层，所述镍钛合金粉末中，Ni元素的原子百分比为49.8-50.8％，余量为Ti原子；
2)根据打印工艺参数对所述待处理层进行激光熔化处理，形成目标层；
3)重复执行步骤1)-步骤2)，形成镍钛合金构件；
所述激光熔化处理中，激光功率为90-150W，激光扫描速度为400-1200mm/s；
所述镍钛合金构件具有多孔结构。
2.根据权利要求1所述的镍钛合金构件的制造方法，其特征在于，所述激光熔化处理中，扫描间距为50-140μm。
3.根据权利要求1或2所述的镍钛合金构件的制造方法，其特征在于，所述激光熔化处理为条带旋转扫描模式；其中，条带宽度为3-5mm，逐层旋转角度为50°～90°内不被360°整除的数值。
4.根据权利要求1-3任一项所述的镍钛合金构件的制造方法，其特征在于，所述待处理层的厚度为25-35μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的镍钛合金构件的制造方法，其特征在于，所述激光熔化处理中，光斑直径为60-80μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的镍钛合金构件的制造方法，其特征在于，所述镍钛合金粉末中，Ni元素的原子百分比为50％-50.6％，余量为Ti原子；
所述激光熔化处理中，激光功率为100-120W，激光扫描速度为500-900mm/s，扫描间距为80-110μm，所述处理层的厚度为29-31μm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的镍钛合金构件的制造方法，其特征在于，所述镍钛合金构件包括多个单胞件，所述单胞件具有至少一个孔隙；多个所述单胞件相互连接形成所述多孔结构。
8.根据权利要求7所述的镍钛合金构件的制造方法，其特征在于，多个所述单胞件呈阵列排布，且沿着第一方向和第二方向依次排布；其中，所述第一方向和所述第二方向垂直；位于所述第一方向和所述第二方向的所述单胞件的数量均不小于4个。
9.根据权利要求1、7或8任一项所述的镍钛合金构件的制造方法，其特征在于，所述镍钛合金构件的孔隙率不低于95％。
10.一种镍钛合金构件，其特征在于，按照权利要求1-9任一项所述的镍钛合金构件的制造方法得到。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210907 |