一种基于功能基元调控的高疲劳寿命镍钛形状记忆合金及其4D打印制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种基于功能基元调控的高疲劳寿命镍钛形状记忆合金及其4D打印制备方法与应用。所述4D打印制备方法包括零件模型设计、功能基元尺寸确定、大小熔池组合打印工艺设计和4D打印功能基元调控四个步骤，其核心是通过高低激光能量生成大小熔池，小熔池原位调控大熔池的初始功能基元，具体为小熔池的热影响区原位热处理大熔池的胞状晶区，小熔池的芯部重熔大熔池的过渡区和热影响区，获得Ti2Ni纳米晶弥散均匀分布的目标功能基元。本发明专利技术制备的镍钛形状记忆合金具有良好的功能循环稳定性和高疲劳寿命，能更好地满足动态载荷和循环应变服役下的可靠性和耐久性，可广泛应用于医疗器械、汽车工业、航空航天以及建筑水暖产品等领域。品等领域。品等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于功能基元调控的高疲劳寿命镍钛形状记忆合金及其4D打印制备方法与应用


[0001]本专利技术属于形状记忆合金和增材制造
，特别涉及一种基于功能基元调控的高疲劳寿命镍钛形状记忆合金及其4D打印制备方法与应用。

技术介绍

[0002]形状记忆合金能够在热/力驱动下通过可逆的马氏体相变恢复大变形，广泛应用于医疗器械、汽车工业、航空航天以及建筑水暖等领域，其应用场景涉及长期的动态载荷和循环应变，因此关注其循环稳定性和疲劳性能至关重要。镍钛形状记忆合金是应用最广泛的记忆合金，具有良好的结构强度和优异的功能特性(记忆效应和超弹性)，可应用于弹热制冷器、血管支架、人工心脏瓣膜、医用植入物、牙科锉刀、牙钻、牙列矫正丝、温度传感触发器、控温器件、温控弹簧、自展开桁架、自展开卫星天线、发动机换热风扇离合器、排气自动调节喷管、柔性机翼等。然而，在循环加载的服役条件下，镍钛形状记忆合金的性能会发生退化，表现为残余应变累积，可恢复应变衰减，对外做功减少，即功能疲劳，甚至会发生断裂破坏，即结构疲劳。
[0003]4D打印是基于形状记忆合金进行3D打印增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于功能基元调控的高疲劳寿命镍钛形状记忆合金的4D打印制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)零件模型设计：对零件模型进行网格划分构建有限元模型，根据零件使役环境决定的负载情况及功能特性需求，模拟其在不同使役环境下的变形行为，拓扑优化出零件几何模型；(2)功能基元尺寸确定：通过有限体积法预测4D打印镍钛合金单道熔池的温度场及其决定的轮廓尺寸，确定步骤(3)中功能基元对应的大小熔池的尺寸关系和工艺参数范围，确定功能基元的尺寸；(3)大小熔池组合打印工艺设计：将步骤(1)所得零件几何模型导入4D打印成型系统生成重叠放置的两组模型，并分别赋予步骤(2)所得大小熔池的两组工艺参数，从而实现大小熔池组合打印，根据所设工艺参数生成打印文件；(4)4D打印功能基元调控：运行步骤(3)生成的打印文件对镍钛合金粉末进行4D打印成型；采用大小熔池组合打印，高激光能量密度产生大熔池、形成初始功能基元，低激光能量密度产生小熔池，并原位调控初始功能基元为目标功能基元，重复该过程直到得到基于功能基元调控的高疲劳寿命镍钛形状记忆合金。2.根据权利要求1所述的基于功能基元调控的高疲劳寿命镍钛形状记忆合金的4D打印制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述零件模型经过Hyper Mesh网格划分后导入ANSYS软件进行有限元模拟，所述拓扑优化方法为变厚度法、渐进结构优化方法、独立连续映射方法中的任意一种。3.根据权利要求1所述的基于功能基元调控的高疲劳寿命镍钛形状记忆合金的4D打印制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述有限体积法具体为：采用基于光线追踪模型的fluent软件，在特定功率和扫描速率下，模拟激光热源输入下熔池传热过程，并使用CFD
‑
Post可视化处理软件生成熔池温度场云图，从而确定熔池轮廓尺寸。4.根据权利要求1所述的基于功能基元调控的高疲劳寿命镍钛形状记忆合金的4D打印制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述大、小熔池尺寸根据熔池轮廓确定，包括熔池宽度W＝160～180μm和熔池深度H＝70～150μ，熔池尺寸关系具体为：W
大
＝W
小
，H
小
＞H
大
‑
t，其中t为铺粉层厚。5.根据权利要求1所述的基于功能基元调控的高疲劳寿命镍钛形状记忆合金的4D打印制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述大小熔池的两组工艺参数的能量高低不同，且满足：2E
低
≤E
高
≤4E
低
，具体为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，蔡潍锶，张业钦，卢海洲，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：