处理镍－钛形状记忆合金的方法技术

本发明专利技术的一些实施方案提供了处理含有大于５０到５５原子％镍的镍－钛合金以提供所要求的奥氏体相变温度和／或奥氏体相变温度范围的方法。在一个实施方案中，该方法包括选择所要求的奥氏体相变温度，并热处理镍－钛合金以调节合金的ＴｉＮｉ相的固溶体中的镍量致使获得稳定的奥氏体相变温度，其中稳定的奥氏体相变温度与所要求的奥氏体相变温度基本相等。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉-参考文献。没有有关在联邦范围内提出的研究或开发。没有顺序表的参考。没有专利技术背景专利
本专利技术的各种实施方案通常涉及处理镍-钛合金的方法。更具体地说，本专利技术的一些实施方案涉及热处理镍-钛合金以可预测地调节合金的奥氏体相变温度和/或相变温度范围。相关技术的说明已知等原子或接近等原子的镍-钛合金具有“形状记忆”和“超弹性”两种性能。更准确地说，已知这些合金，通常称为“Nitinol”合金，在冷却至低于合金的马氏体起始(或“Ms”)温度时经历从原始相(通常称作奥氏体相)到至少一种马氏体相的马氏体相变。这种相变在冷却至合金马氏体最终(或“Mf”)温度时完成。此外，当材料被加热至其奥氏体最终(或“Af”)温度以上时相变是可逆的。这种可逆的马氏体相变导致合金的形状记忆性能。例如，呈奥氏体相时镍-钛合金形成第一形状(即，在高于合金的奥氏体最终温度，或Af)，随后冷却至低于Mf而形成第二形状。只要材料保持低于合金的As(即，在开始的相变为奥氏体的温度或奥氏体的起始温度)，合金将保留第二形状。然而，当把合金加热至高于Af的温度时，合金将返回到第一形状。奥氏体和马氏体相之间的相变也能导致镍-钛合金的“超弹性”性能。当使镍-钛合金在高于Ms的温度下发生应变时，则该合金能经受从奥氏体相到马氏体相的应变感生相变。结合马氏体相通过双间界的移动而能变形的这种相变不产生位错，使镍-钛合金通过弹性变形而不是塑性(即，持久)变形而吸收大量的应变能量。当应变被除去时，合金能几乎全部返回到其未发生应变的条件。镍-钛合金，和其它形状记忆合金的独特性能的工业用途的能力，在很大的程度上取决于这些相变发生的温度，即，合金的As和Af，Ms和Mf，以及这些相变发生时的温度范围。然而，在二元镍-钛合金体系中，已经观察到了合金的相变温度很大程度上取决于组成。也就是说，例如，已观察到合金的组成变化1原子％时，镍-钛合金的Ms温度则变化大于100K。见K..Otsuka和T.Kakeshia，“Science and Technology of Shape-Memory AlloyNewDevelopments”MRS Bulletin，2002年，2月，第91-100页。此外，正如所属
的技术人员理解的，为获得可预测的相变温度所必须的镍-钛合金的严格组成控制，是很难实现的。例如，为了在典型的镍-钛工艺过程中获得所要求的相变温度，在熔炼镍-钛锭或坯料后，必须测量锭的相变温度。假若相变温度不是所要求的相变温度，则锭的组成必须通过再熔融和合金化加以调整。此外，假若锭呈成份偏析，例如在固化过程中可能出现的，则必须测量多个穿过锭区域的相变温度，并且在各区的相变温度必须加以调整。这种方法必须重复直到获得所要求的相变温度。正如所属
的技术人员将会理解的，通过控制组成来控制相变温度的这种方法，既费时又花钱。当用于本专利技术中时，术语“相变温度(多个)”通常意指如上讨论的任何相变温度；而术语“奥氏体相变温度(多个)”意指合金的奥氏体起始(As)或奥氏体最终(Af)温度中的至少一种，除非另有指示。通常使用加热法提高或降低镍-钛合金的相变温度的方法是已知技术。例如，Flomenblit等人的U.S专利号5,882,444，公开了一种双-向形状记忆合金的记忆处理，其包括将镍-钛合金制成可呈现奥氏体相的形状，然后通过在450℃～550℃下加热0.5～2.0小时使合金多边化，在600℃～800℃下固溶处理合金2～50分钟，最后于约350℃～500℃下老化约0～2.5小时。按照Flomenblit等人，在这种处理后，合金应具有在10℃与60℃之间变化的Af和在1℃与5℃之间变化的相变温度范围(即，Af-As)。之后，合金的Af是通过在约350℃～500℃的温度下老化合金而得到提高。另一方法，也可以于约510℃～800℃的温度下固溶处理合金以降低合金的Af。见Flomenblit等人专利说明书第3栏，47～53行。Pelton等人的U.S专利5,843,244公开了一种处理一种由镍-钛合金制成的部件以降低合金Af的方法，它通过将部件暴露于高于其暴露以形状-固定合金的温度并低于合金的固溶线(solvus)温度，持续时间不超过10分钟，以降低合金的Af。但是，仍然具有对可预测控制镍-钛合金的奥氏体相变温度和/或奥氏体相变温度范围以获得所要求的奥氏体相变温度和/或奥氏体相变温度范围的有效方法的需求。此外，这也仍然保持对可预测控制具有变化镍含量的镍-钛合金的奥氏体相变温度和奥氏体相变温度范围方法的需求。专利技术的简述本专利技术的一些实施方案提供处理镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度的方法。例如，一种处理包含大于50到55原子％镍的镍-钛合金以提供所要求的奥氏体相变温度的非限制性方法，该法包括选择所要求的奥氏体相变温度，和热处理镍-钛合金以调节合金在TiNi相的固溶体中的镍含量，致使在热处理镍-钛合金的过程中获得稳定的奥氏体相变温度，其中稳定的奥氏体相变温度与所要求的奥氏体相变温度基本相等。处理镍-钛合金以提供所要求的奥氏体相变温度的另一种非限制性方法，包括选择含有大于50到55原子％镍的镍-钛合金，选择所要求的奥氏体相变温度，以及热处理所选择的镍-钛合金以调节在合金TiNi相的固溶体中的镍量，致使在热处理所选择的镍-钛合金的过程中获得稳定的奥氏体相变温度，稳定的奥氏体相变温度与所要求的奥氏体相变温度基本相等，其中所选择的镍-钛合金包含足以在热处理所选择的镍-钛合金过程中达到固体溶解度极限的的镍量。还有另外一种处理两种或多种具有大于50到55原子％镍间的变化组成的镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度的非限制性方法，该法包括选择所要求的奥氏体相变温度，并使镍-钛合金经受类似的热处理以便在热处理后，镍-钛合金具有稳定的奥氏体相变温度，稳定的奥氏体相变温度基本上等于所要求的奥氏体相变温度。处理含有大于50到55原子％镍间变化组成区域的镍-钛合金以使各区域具有所要求的奥氏体相变温度的另一种非限制性方法，该法包括热处理镍-钛合金以调节镍-钛合金各区域内的在合金TiNi相的固溶体中的镍量，其中在热处理镍-钛合金后，镍-钛合金的各区域具有基本上等于所要求的奥氏体相变温度的稳定的奥氏体相变温度。本专利技术的实施方案还提供处理镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度范围的方法。例如，处理含有大于50到55原子％镍间的镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度范围的一种非限制性方法，该法包括在500℃与800℃之间变化的温度的炉内对镍-钛合金等温老化至少2小时，其中老化后镍-钛合金具有不大于15℃的奥氏体相变温度。处理包含大于50到55原子％镍间的变化组成的区域的镍-钛合金致使各区具有所要求的奥氏体相变温度的另一种非限制性方法，该法包括等温老化镍-钛合金以调节镍-钛合金各区域内在合金的TiNi相的固溶体中的镍量，其中等温老化镍-钛合金后，镍-钛合金的各区域具有不大于15℃的奥氏体相变温度。还有另一种处理含有大于50到55原子％镍间的镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度范围的非限制性方法，该法包括在第一老化温度下的炉内等温老化镍-钛合金以获得稳定的奥氏体相变温度，并在不同于第一老化温度的第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理含有大于５０到５５原子％镍的镍－钛合金以提供所要求的奥氏体相变温度的方法，该法包括：选择所要求的奥氏体相变温度；和热处理镍－钛合金以调节合金的ＴｉＮｉ相的固溶体中的镍量，致使在热处理镍－钛合金的过程中获得稳定的奥氏体相变温度，其中稳定的奥氏体相变温度与所要求的奥氏体相变温度基本相等。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克雷格沃杰西克，
申请(专利权)人：ATI资产公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]