NiTiTa三元形状记忆合金的电弧原位合金化制造方法技术

一种NiTiTa三元形状记忆合金的电弧原位合金化制造方法，包括S1、确定Ta箔厚度；S2、切割Ta箔并对表面进行处理；S3、对用于增材的基板表面进行处理；S4、选定NiTi合金焊丝；S5、将NiTi基板固定在工作台上预热；S6、将Ta箔平整地预铺在增材制造的路径上；S7、进行当前层的增材；S8、重复预铺Ta箔、按增材路径打印获得NiTiTa三元形状记忆合金增材制造产品。本发明专利技术采用电弧原位合金化技术实现NiTiTa三元合金的增材制造，能够实现复杂零件的增材制造，且提高生产效率，并且降低气孔率；本发明专利技术的Ta可作为NiTi的异质形核点，从而起到细化晶粒的作用，有利于NiTiTa三元合金增材零件件性能的提升；制备的NiTiTa三元形状记忆合金显著提升其抗电化学腐蚀能力以及X光可见性。抗电化学腐蚀能力以及X光可见性。抗电化学腐蚀能力以及X光可见性。

【技术实现步骤摘要】
NiTiTa三元形状记忆合金的电弧原位合金化制造方法


[0001]本专利技术属于电弧原位合金化制造
，具体涉及一种NiTiTa三元形状记忆合金的电弧原位合金化制造方法。

技术介绍

[0002]在过去的十年中，NiTi形状记忆合金凭借其形状记忆功能、超弹性、耐磨耐腐蚀性、良好的生物兼容性以及优异的机械性能已被广泛应用于医学领域，用于治疗从神经血管瘤到关节坏死的各类疾病。基于NiTi的二元合金材料的设备解决方案包括Amplatzer型封堵器、骨骼关节替代物和接骨器等，凭借高灵活性和抗扭结性，能够实现快速有效的治疗效果。
[0003]然而，这类二元的NiTi形状记忆合金医疗产品在使用的过程中也暴露出诸多问题。第一点就是二元的NiTi合金较低的X光可见性，尤其是在较薄的产品中，X射线下低的成像对比度不利于NiTi合金产品的精准放置和后续随访的观察；另外比较重要的一点是二元NiTi合金中较高的Ni含量会在使用中析出Ni离子，过高的Ni离子含量会对生物体有毒害作用，如何有效抑制Ni离子的析出也是一个很关键的问题。
[0004]之前有学者研究表明，在NiTi合金中加入一定量的Ta可以有效的解决上述问题。Ta具有大的相对原子质量和密度，可以显著提升NiTi合金的抗辐射能力即X光成像对比度。此外Ta极易在表面形成致密的Ta
‑
oxide的氧化膜，可以有效抑制Ni离子的析出。因此，NiTiTa合金可以进一步提高二元NiTi合金作为医疗材料的功能性，具有广阔的应用前景。
[0005]然而，传统的机械加工NiTi合金的方法有着明显的缺点：对刀具的磨损大，形成不理想的切削，车削和磨削后容易形成毛刺，并且会对原材料有较大的浪费。通过熔铸法制造NiTi合金虽然成本低廉但是难以制造复杂零件。随着电弧原位合金化技术的发展，传统制造路线无法获得的复杂零件现在成为可能。电弧原位合金化，也是一种典型的增材制造方法，该方法能够以降低一定的尺寸精度为代价实现高的生产率，降低气孔率。在这项技术中，利用金属丝充当原材料，利用电弧热源将其沉积到基板上，逐层增材得到目标零件。
[0006]目前，对于NiTi二元合金电弧原位合金化的研究已经有了一定的基础，利用Ni和Ti双丝或者NiTi单丝以钨极氩弧焊(TIG)电弧或者熔化极气体保护焊(MIG)电弧作为热源实现了NiTi合金的增材。然而，目前还没有对于NiTi
‑
X三元合金的增材制造工艺和方法的研究。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种NiTiTa三元形状记忆合金的电弧原位合金化制造方法，利用市售Ta箔，在TIG电弧热源的作用下，NiTiTa在熔池中原位合金化，逐层打印，实现了NiTiTa三元合金的增材制造，Ta的原子比可以通过改变Ta箔材的宽度和厚度来进行合理的调控。
[0008]本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0009]一种NiTiTa三元形状记忆合金的电弧原位合金化制造方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
[0010]S1、根据目标NiTiTa三元合金中Ta的成分比例选择合适的Ta箔厚度并计算Ta箔的宽度；
[0011]S2、使用线切割按计算好的尺寸切割Ta箔，并对表面进行处理，去除氧化膜和杂质；
[0012]S3、对用于增材的基板表面进行处理，去除氧化膜和杂质；
[0013]S4、选用NiTi合金焊丝作为电弧原位合金化的丝材；
[0014]S5、将打磨好的NiTi基板固定在工作台上，并对基板进行预热；
[0015]S6、将Ta箔平整地预铺在增材制造的路径上；
[0016]S7、打开电源，设定好合适的增材制造参数，启动设备，按设定好的路径进行当前层的增材；
[0017]S8、重复预铺Ta箔、按增材路径打印下一层的步骤，直至完成所有层，即可获得NiTiTa三元形状记忆合金增材制造产品。
[0018]而且，所述步骤S1中的Ta箔厚度≤1mm，宽度≤3mm，纯度≥99.99％。
[0019]而且，所述步骤S2、S3的表面处理为先对Ta箔或基板的行砂纸打磨，再用酒精或丙酮清洗。
[0020]而且，所述步骤S3所述的基板为铸造的NiTi基板。
[0021]而且，所述步骤S4所述的焊丝为近等原子比的NiTi合金焊丝，且Ni的原子百分比含量大于50％。
[0022]而且，所述步骤S5的基板预热温度≥150℃。
[0023]而且，所述步骤S7中的增材制造参数包括增材电源电流、送丝速度、扫描速度、喷嘴保护气流量及托罩保护气流量。
[0024]而且，所述步骤S7中完成当前层增材后，需进行冷却操作保证层间温度≤300℃。
[0025]而且，所述步骤8增材过程中的喷嘴和托罩保护气纯度≥99.999％，流量为15～20L/min。
[0026]本专利技术的优点和有益效果为：
[0027]1、本专利技术利用市售的近等原子比NiTi焊丝以及Ta箔作为增材的原材料，采用电弧原位合金化技术实现了NiTiTa三元合金的增材制造，与传统的熔铸法相比，可以实现复杂零件的增材制造，与激光或者电子束粉末增材技术相比，可以省去合金粉末的制备成本，提高生产效率，并且降低气孔率。
[0028]2、本专利技术的电弧熔丝增材过程，由于Ta的高熔点，会在熔化过程吸收大量的热量，并且Ta可以作为NiTi的异质形核点，从而起到细化晶粒的作用，有利于NiTiTa三元合金增材零件件性能的提升。
[0029]3、本专利技术采用预铺Ta箔的方式，可以通过在一定范围内改变箔材的厚度和宽度来精确调控Ta在NiTiTa三元形状记忆合金的原子比。
[0030]4、本专利技术制备的NiTiTa三元形状记忆合金与现有NiTi合金相比，显著提升了其抗电化学腐蚀能力以及X光可见性，在医疗领域具有广阔的应用前景。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的流程图；
[0032]图2为本专利技术使用的装置结构示意图；
[0033]图3为本专利技术涂层表面宏观形貌图；
[0034]图4为本专利技术沉积墙宏观形貌以及截面形貌图；
[0035]图5为本专利技术DSC曲线和相变温度结果曲线图；
[0036]图6为本专利技术抗电化学腐蚀测试结果曲线图；
[0037]图7为本专利技术抗X射线辐射性能测试结果图。
具体实施方式
[0038]下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。
[0039]一种NiTiTa三元形状记忆合金的电弧原位合金化制造方法，如图1所示，其创新之处在于：所述方法的步骤为：
[0040]S1、根据目标NiTiTa三元合金中Ta的成分比例选择合适的Ta箔厚度并计算Ta箔的宽度；
[0041]S2、使用线切割按计算好的尺寸切割Ta箔，并对表面进行处理，去除氧化膜和杂质；
[0042]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NiTiTa三元形状记忆合金的电弧原位合金化制造方法，其特征在于：所述方法的步骤为：S1、根据目标NiTiTa三元合金中Ta的成分比例选择合适的Ta箔厚度并计算Ta箔的宽度；S2、使用线切割按计算好的尺寸切割Ta箔，并对表面进行处理，去除氧化膜和杂质；S3、对用于增材的基板表面进行处理，去除氧化膜和杂质；S4、选用NiTi合金焊丝作为电弧原位合金化的丝材；S5、将打磨好的NiTi基板固定在工作台上，并对基板进行预热；S6、将Ta箔平整地预铺在增材制造的路径上；S7、打开电源，设定好合适的增材制造参数，启动设备，按设定好的路径进行当前层的增材；S8、重复预铺Ta箔、按增材路径打印下一层的步骤，直至完成所有层，即可获得NiTiTa三元形状记忆合金增材制造产品。2.根据权利要求1所述的NiTiTa三元形状记忆合金的电弧原位合金化制造方法，其特征在于：所述步骤S1中的Ta箔厚度≤1mm，宽度≤3mm，纯度≥99.99％。3.根据权利要求1所述的NiTiTa三元形状记忆合金的电弧原位合金化制造方法，其特征在于：所述步骤S2、S3的表面处理为先对Ta箔或基板的行砂纸打磨，再用酒精...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻秀，杨国星，周京，黄颖，李扬，张冠男，
申请(专利权)人：天津轻工职业技术学院，
类型：发明
国别省市：