一种多孔镍钛合金及其制备方法和应用、多孔镍钛合金构件技术

本发明专利技术公开一种多孔镍钛合金及其制备方法和应用、多孔镍钛合金构件，涉及合金领域，以解决现有技术中制备的多孔镍钛合金力学性能变差技术问题。本发明专利技术实施例的多孔镍钛合金，采用如下方法制备：在惰性气体条件下，使用激光选区熔化方法将镍钛预合金粉末制备所述多孔镍钛合金，所述激光选区熔化方法采用第一激光能量密度；所述第一激光能量密度为第二激光能量密度的至少3倍，其中，所述第二激光能量密度为制备相对密度大于或等于99％的致密镍钛合金所需的激光能量密度。本发明专利技术还公开了一种用于上述多孔镍钛合金的制备方法。本发明专利技术提供的多孔镍钛合金用于骨科植入物中。的多孔镍钛合金用于骨科植入物中。的多孔镍钛合金用于骨科植入物中。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔镍钛合金及其制备方法和应用、多孔镍钛合金构件


[0001]本公开涉及合金领域，尤其涉及一种多孔镍钛合金及其制备方法和应用、多孔镍钛合金构件。

技术介绍

[0002]多孔镍钛合金作为一种形状记忆合金，不仅具有形状记忆效应和超弹性的特性，而且弹性模量较低，可以作为骨科植入体，减少因模量差异较大而引起的应力遮挡效应。多孔镍钛合金还具有比重小、能量吸收性能好的优点。
[0003]现有技术中，多孔镍钛合金的制备主要通过在Ni元素粉末、Ti元素粉末中加入造孔剂进行粉末烧结而成。粉末烧结的方法由于烧结过程中会产生大量的Ti2Ni或Ni3Ti等中间化合物，造成镍钛合金力学性能严重恶化，而造孔剂的加入也会引入杂质，造成镍钛合金力学性能的进一步降低。同时，粉末烧结的方法也难以制备具有复杂几何结构的多孔镍钛合金。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种多孔镍钛合金及其制备方法和应用、多孔镍钛合金构件，以解决制备的多孔镍钛合金力学性能变差的技术问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术实施例提供了一种多孔镍钛合金，其特征在于，所述多孔镍钛合金采用如下方法制备：
[0007]在惰性气体条件下，使用激光选区熔化方法将镍钛预合金粉末制备所述多孔镍钛合金，所述激光选区熔化方法采用第一激光能量密度；
[0008]所述第一激光能量密度为第二激光能量密度的至少3倍，
[0009]其中，所述第二激光能量密度为制备相对密度大于或等于99％的本专利技术实施例采用增材制造中的激光选区熔化技术，可以在不引入造孔剂的前提下、在惰性气体条件中进行镍钛合金的成孔，可以避免由造孔剂引入的性能恶化以及氧化对镍钛合金力学性能的影响。而增材制造的另一优势就是可以制备几何结构复杂的多孔镍钛合金构件，而传统方法制备的多孔镍钛合金一般比较简单。
[0010]本专利技术实施例采用的激光选区熔化方法制备多孔镍钛合金，通过将激光能量密度提高至第二激光能量密度的至少3倍，从而可以在镍钛合金中引入气孔，进而可以得到多孔镍钛合金。这与传统的认知不同，通常公众认为激光增材制造材料内部的孔洞缺陷会严重恶化材料性能，是需要避免的缺陷。而本专利技术实施例克服了上述技术偏见，首次提出利用激光增材制造工艺通过提高激光选区熔化方法的激光能量密度，获得的多孔镍钛合金具备良好的力学性能，尤其是拉伸性能。
[0011]本专利技术还提供了一种多孔镍钛合金的制备方法，用于上述的镍钛合金的制备，所述制备方法包括：
[0012]用于上述的多孔镍钛合金的制备，所述制备方法包括：
[0013]在惰性气体条件下，使用激光选区熔化方法将镍钛预合金粉末制备所述多孔镍钛合金，所述激光选区熔化方法采用第一激光能量密度。
[0014]相对于现有技术，本专利技术所述的多孔镍钛合金的制备方法具有以下优势：
[0015]本专利技术所述的多孔镍钛合金的制备方法与上述多孔镍钛合金所具有的优势相同，在此不再赘述。
[0016]本专利技术还提供了一种多孔镍钛合金在形状记忆材料中的应用，或，多孔镍钛合金的制备方法制得的多孔镍钛合金在形状记忆材料中的应用。
[0017]相对于现有技术，本专利技术所述的多孔镍钛合金在形状记忆材料中的应用，或，多孔镍钛合金的制备方法制得的多孔镍钛合金在形状记忆材料中的应用具有以下优势：
[0018]本专利技术所述的多孔镍钛合金在形状记忆材料中的应用与上述多孔镍钛合金所具有的优势相同，在此不再赘述。
[0019]本专利技术还提供了一种多孔镍钛合金构件，采用上述的多孔镍钛合金制造而得，或，采用上述的多孔镍钛合金的制备方法制造而得。
[0020]相对于现有技术，本专利技术所述的多孔镍钛合金构件具有以下优势：
[0021]本专利技术所述的多孔镍钛合金构件与上述多孔镍钛合金所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
[0022]附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0023]图1是本公开的致密镍钛合金金相照片示意图。
[0024]图2是本公开的实施例1的多孔镍钛合金金相示意图。
[0025]图3是本公开的致密镍钛合金与实施例1的多孔镍钛合金拉伸曲线示意图。
[0026]图4是本公开的实施例2的多孔镍钛合金金相示意图。
[0027]图5是本公开的致密镍钛合金与实施例2的多孔镍钛合金拉伸曲线示意图。
[0028]图6是本公开的实施例3的多孔镍钛合金金相示意图。
[0029]图7是本公开的实施例4的多孔镍钛合金金相示意图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
[0031]需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
[0032]激光选区熔化技术，也可以叫做选区激光熔化技术(Selective Laser Melting,缩写为SLM，或Laser Powder Bed Fusion,缩写为LPBF)是一种基于激光和粉末床的增材制造技术。
[0033]激光能量密度，用于表征激光选区熔化成形过程中激光能量的高低。是依据激光选区熔化工艺参数包括激光功率、激光扫描速度、激光扫描间距(即相平行的两道激光扫描路径之间的距离)、铺粉层厚等计算得到的数值，具体如下：激光能量密度＝激光功率
÷
(扫描速度
×
扫描间距
×
粉末层厚)。
[0034]多孔镍钛合金因为综合了形状记忆合金具有的形状记忆效应和超弹性等特点，并且镍钛合金本身具有较低模量等特性(30
‑
90GPa)，可以缓解钛合金(弹性模量高于110GPa)等骨科植入物因模量差异较大而引起的应力遮挡效应。制备多孔镍钛合金可以进一步降低其弹性模量，作为植入体可以进一步缓解应力遮挡效应。
[0035]目前的制备多孔镍钛合金的工艺，采用粉末烧结的工艺，过程中会产生大量的中间化合物和/或由造孔剂引入的杂质均能严重恶化多孔镍钛合金的力学性能。同时无法避免氧的影响，以及制备的多孔镍钛合金构件结构简单的缺陷。
[0036]针对上述问题，本专利技术实施例提供了多孔镍钛合金，其特征在于，所述多孔镍钛合金采用如下方法制备：
[0037]在惰性气体条件下，使用激光选区熔化方法将镍钛预合金粉末制备所述多孔镍钛合金，所述激光选区熔化方法采用第一激光能量密度；所述第一激光能量密度为第二激光能量密度的至少3倍，其中，所述第二激光能量密度为制备相对密度大于或等于99％的致密镍钛合金所需的激光能量密度。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔镍钛合金，其特征在于，所述多孔镍钛合金采用如下方法制备：在惰性气体条件下，使用激光选区熔化方法将镍钛预合金粉末制备所述多孔镍钛合金，所述激光选区熔化方法采用第一激光能量密度；所述第一激光能量密度为第二激光能量密度的至少3倍，其中，所述第二激光能量密度为制备相对密度大于或等于99％的致密镍钛合金所需的激光能量密度。2.根据权利要求1所述的多孔镍钛合金，其特征在于，所述致密镍钛合金采用如下方法制备：在惰性气体条件下，使用激光选区熔化方法采用所述第二激光能量密度将镍钛预合金粉末制成所述致密镍钛合金。3.根据权利要求1所述的多孔镍钛合金，其特征在于，所述致密镍钛合金的制备方法包括：激光功率为50W
‑
300W，和/或，激光扫描速度为100mm/s
‑
5000mm/s，和/或，激光扫描间距为10μm
‑
150μm，和/或，粉末层厚为30μm
‑
60μm。4.根据权利要求1所述的多孔镍钛合金，其特征在于，所述惰性气体条件为氧含量小于或等于5ppm。5.根据权利要求1所述的多孔镍钛合金，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王协彬，席瑞，姜浩，
申请(专利权)人：山东大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：