RU2760699C1 - Способ получения композиционного материала на основе нитинола - Google Patents
Способ получения композиционного материала на основе нитинола Download PDFInfo
- Publication number
- RU2760699C1 RU2760699C1 RU2021101556A RU2021101556A RU2760699C1 RU 2760699 C1 RU2760699 C1 RU 2760699C1 RU 2021101556 A RU2021101556 A RU 2021101556A RU 2021101556 A RU2021101556 A RU 2021101556A RU 2760699 C1 RU2760699 C1 RU 2760699C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- powder
- laser
- nitinol
- niti
- Prior art date
Links
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 50
- HLXZNVUGXRDIFK-UHFFFAOYSA-N nickel titanium Chemical compound [Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni] HLXZNVUGXRDIFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 23
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 23
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 18
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 20
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000000047 product Substances 0.000 description 16
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N iminotitanium Chemical compound [Ti]=N KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004337 Ti-Ni Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910011209 Ti—Ni Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 3
- HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N [Ti].[Ni] Chemical compound [Ti].[Ni] HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000012850 fabricated material Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 2
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 229910001285 shape-memory alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- ZKRFOXLVOKTUTA-KQYNXXCUSA-N 9-(5-phosphoribofuranosyl)-6-mercaptopurine Chemical compound O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](COP(O)(O)=O)O[C@H]1N1C(NC=NC2=S)=C2N=C1 ZKRFOXLVOKTUTA-KQYNXXCUSA-N 0.000 description 1
- 101000669513 Homo sapiens Metalloproteinase inhibitor 1 Proteins 0.000 description 1
- 102100039364 Metalloproteinase inhibitor 1 Human genes 0.000 description 1
- 229910010380 TiNi Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии лазерного синтеза методом селективного лазерного плавления. Способ изготовления композиционного материала на основе нитинола NiTi включает механическое перемешивание порошков компонентов сплава, размещение порошковой смеси в установке селективного лазерного плавления и послойную лазерную обработку формируемого материала плавлением. Проводят механическое перемешивание порошков сплава NiTi, с атомным соотношением Ni:Ti 1,04-1,07, и Nb в количестве NiTi - 83-90 мас. %, Nb - 10-17 мас. %. Послойную лазерную обработку формируемого материала проводят при мощности лазера 100-300 Вт, скорости сканирования 500-1500 мм/с и толщине порошкового слоя 30-60 мкм. После послойной лазерной обработки проводят отжиг при температуре 600-1000°С в течение 1-6 ч. Обеспечивается высокий предел текучести и широкий температурный интервал мартенситного превращения композиционного материала на основе нитинола, что позволяет повысить рабочий ресурс изделий из полученного материала и использовать их при более высоких нагрузках и более высоких температурах. 4 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии лазерного синтеза методом селективного лазерного плавления. Способ может найти применение в машиностроении, медицине для изготовления имплантатов, фиксаторов, датчиков, муфтовых соединений, исполнительных элементов и т.д., функциональных устройств со сложной геометрической формой, с возможностью изменения формы под воздействием температуры.
Технология селективного лазерного плавления относится к группе аддитивных технологий и позволяет создавать из металлических порошков трехмерные объекты путем их послойного формирования за счет локального плавления порошков и нижележащего слоя материала. Металлический порошок загружается в устройство для нанесения порошкового слоя установки селективного лазерного плавления, на металлическую платформу наносится порошковый слой, затем в атмосфере инертного газа лазерный луч обрабатывает порошковый слой по траектории, соответствующей определенному сечению компьютерной модели изделия. После лазерной обработки одного порошкового слоя платформа опускается на толщину одного слоя и поверх наносится новый слой металлического порошка. Далее осуществляется лазерная обработка порошкового слоя по траектории, соответствующей следующему слою компьютерной модели изделия. Процесс повторяется до тех пор, пока не будут обработаны все слои.
Нитинол является одним из наиболее известных сплавов с эффектом памяти формы. Сплав на основе соединения NiTi и применяется в аэрокосмической, механической, электронной, биомедицинский и других областях. Основными характеристическими параметрами реализации ЭПФ для нитинола являются температурные интервалы мартенситных превращений (ТИМП), которые ограничиваются определенными точками. Реализация ЭПФ объясняется фазовым переходом в твердом состоянии, который называют мартенситным термоупругим превращением. Такой фазовый переход во многом зависит от химического состава, в частности, отмечают влияние содержания никеля, склонному к испарению при повышенных температурах и образованию обогащенных никелем вторичных фаз, приводящих к смещению температурных интервалов мартенситных превращений в сторону увеличения температуры, что в свою очередь, приводит к снижению проявления эффекта памяти формы. В ряде случаев температурный гистерезис мартенситного превращения бинарного сплава NiTi является недостаточным для обеспечения надежности соединительных конструкций или температурный интервал мартенситного превращения является недостаточно низким для работы элементов с эффектом памяти формы. Кроме того, механические характеристики бинарного сплава нитинол в ряде случаев являются недостаточными для обеспечения прочности изделий.
Композиционные материалы на основе нитинола являются одними из перспективных конструкционных материалов. Введение в матрицу нитинола тугоплавких элементов, в частности ниобия, используют для снижения температурного интервала мартенситного превращения, а также для повышения предела текучести материала. (Duerig Т. W., Melton К. N. Wide hysteresis NiTiNb alloys //European Symposium on Martensitic Transformations. -EDP Sciences, 1989. - C. 191-198).
Среди традиционных методов изготовления композиционного материала на основе нитинола известен способ (CN 104630525 A, 20.05.2015), включающий перемешивание порошков никеля, титана и ниобия в соотношении, близком к составу нитинола, прессование порошковой смеси и спекание заготовки на твердый раствор при температуре 1000-1140°С. Целью данного способа является получение высокоэластичного материала с узкой петлей гистерезиса, при этом содержащиеся поры сферической формы позиционируются как способ достижения модуля упругости человеческой кости. Недостатком данного способа является низкая прочность материала, вызванная наличием пор, выступающих в качестве концентраторов напряжений.
Известен способ изготовления объемных изделий из широкого спектра материалов (RU 2333076 С1, 10.09.2008), включающий размещение в установке селективного лазерного спекания порошковой смеси исходных компонентов, взятых в соответствии со стехиометрическим составом целевого материала, лазерную обработку послойно формируемого изделия, сопровождающуюся самораспространяющимся высокотемпературного синтезом в магнитном, электрическом или ультразвуковом полях, далее спеканием частиц порошковой смеси и последующее извлечение изделия из установки. Образование материала необходимого состава осуществляют с помощью самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в пятне лазерного излучения путем локального нагрева лазерным излучением с одновременным спеканием частиц. Результатом является объемные изделия сложной геометрической формы с анизотропным составом с выходом годных в случае сплавов на основе системы Ti-Ni не менее 80%.
Недостатком данного способа являются высокая пористость материала по причине того, что процесс спекания порошков сопровождается неполной консолидацией порошка, инициируемой источником с недостаточной для полного плавления энергией, и, как следствие, низкая прочность изделий.
Наиболее близким аналогом к заявляемому способ, выбранным в качестве прототипа, является метод получения сплава Ti-Ni из элементных порошков (Zhang В., Chen J., Coddet С.Microstructure and transformation behavior of in-situ shape memory alloys by selective laser melting Ti-Ni mixed powder // Journal of Materials Science & Technology. - 2013. - T. 29. - № 9. - C. 863-867). Метод включает механическое перемешивание порошков никеля и титана в атомном соотношении 1:1, размещение порошковой смеси в установке селективного лазерного плавления, послойную лазерную обработку формируемого изделия с протеканием плавления материала при мощности лазера 100 Вт, скорости сканирования 50-400 мм/с и толщине порошкового слоя 50 мкм. Материал необходимого состава образуют путем плавления порошковой смеси сфокусированным лазерным излучением с последующей быстрой кристаллизацией. Объемная форма изделия формируется за счет послойной обработки порошковых слоев в соответствии с геометрией отдельных сечений изделия. Результатом известного метода является.
Известный метод позволяет изготавливать высокоплотный гомогенный сплав Ti-Ni, в том числе с выделениями фаз Ti2Ni, TiNi3, однако недостатком данного способа являются низкий предел текучести материала и узкий температурный интервал мартенситного превращения.
Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение предела текучести и температурного интервала мартенситного превращения материала на основе нитинола. Это позволяет повысить рабочий ресурс изделий, использовать их при более высоких нагрузках и при более высоких температурах.
Решение данной проблемы достигается за счет того, что проводят механическое перемешивание порошков сплава Ni-Ti с атомным соотношением Ni:Ti 1,04-1,07 и Nb, в количестве NiTi - 83-90 мас.%, Nb - 10-17 мас.%, размещение порошковой смеси в установке селективного лазерного плавления, послойную лазерную обработку формируемого изделия с протеканием плавления материала при мощности лазера 100-300 Вт, скорости сканирования 500-1500 мм/с, толщине порошкового слоя 30-60 мкм, с последующим отжигом изделия при температуре 600-1000°С в течение 1-6 ч.
Добавление порошка ниобия к порошку сплава Ni-Ti необходимо для получения композиционного материала. В материале на основе нитинола ниобий присутствует в виде вторичной фазы β-Nb, что приводит к твердорастворному упрочнению материала. При обратном мартенситом превращении деформированного изделия из композиционного материала на основе нитинола протекает эффект памяти формы. При этом для возврата в исходное недеформированное состояние матрица из нитинола преодолевает дополнительные усилия за счет деформации выделений ниобия. Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в повышении прочностных свойств и увеличение температурного интервала мартенситного превращения композиционного материала на основе нитинола.
Для более подробного раскрытия изобретения к описанию прилагаются иллюстрации:
Фиг. 1 - Оптическое изображение структуры материала, полученного по способу;
Фиг. 2 - Изображение структуры материала, полученное в результате исследования на сканирующем электронном микроскопе;
Фиг. 3 - Рентгенограмма материала, полученного в процессе селективного лазерного плавления;
Фиг. 4 - Изображение структуры материала после отжига согласно способу, полученное в результате исследования на сканирующем электронном микроскопе.
Предлагаемый способ изготовления изделий из композиционного материала на основе нитинола осуществляют в следующей последовательности:
1. Проводят механическое перемешивание порошков сплава никель-титан и ниобия в весовом соотношении сплав никель-титан 83-90%, ниобий 10-17% в смесителе типа «пьяная бочка» в течение 3-24 ч за счет многократного пересыпания порошков в объеме цилиндрической емкости, закрепленной под некоторым углом.
2. Размещают порошковую смесь в установке селективного лазерного плавления, проводят послойную лазерную обработку формируемого изделия с протеканием плавления материала при мощности лазера 100-300 Вт, скорости сканирования 500-1500 мм/с, толщине порошкового слоя 30-60 мкм.
3. После завершения процесса селективного лазерного плавления проводят отжиг при температуре 600-1000°С в течение 1-12 ч.
Согласно способу осуществляют механическое перемешивание порошка сплава никель-титан с атомным соотношением Ni:Ti 1,04-1,07 и порошка ниобия в количестве NiTi 83-90 мас. %, Nb 10-17 мас. % для получения однородной порошковой смеси. Данное соотношение компонентов порошковой смеси обеспечивает получение композиционного материала на основе нитинола с заданным химическим и фазовым составом, обладающего высоким пределом текучести и высоким температурным интервалом мартенситного превращения. Использование порошка сплава никель-титан вместо порошков отдельных элементов никеля и титана приводит к получению более однородной структуры композиционного материала и более высоким прочностным свойствам.
В результате воздействия энергии лазерного луча на слой порошковой смеси сплава никель-титан и ниобия в процессе послойной лазерной обработки в установке селективного лазерного плавления происходит расплавление порошковой смеси с образованием жидкой фазы и ее последующее охлаждение. При этом под действием лазерного луча частицы порошка ниобия расплавляются частично вследствие его более высокой температуры плавления по сравнению со сплавом никель-титан. При охлаждении жидкой фазы под действием капиллярных сил происходит перемешивание компонентов с кристаллизацией жидкой фазы, что приводит к образованию композиционного материала на основе нитинола, состоящего из соединения NiTi с частично растворенным в нем Nb и выделения β-Nb, равномерно расположенные в матрице NiTi. Частичное растворение ниобия в матрице NiTi приводит к твердорастворному упрочнению материала, а наличие в материале β-Nb приводит к дисперсионному упрочнению материала, что повышает предел текучести материала и увеличивает температурный интервал мартенситного превращения. При формировании материала из порошка сплава Ni-Ti и порошка ниобия методом селективного лазерного плавления пористость составляет менее 1%. Вследствие низкой пористости композиционный материал также имеет высокие прочностные свойства.
При послойной лазерной обработке формируемого материала при мощности лазера менее 100 Вт, и/или скорости сканирования более 1500 мм/с, и/или толщине порошкового слоя более 60 мкм энергии лазерного излучения недостаточно для расплавления порошковой смеси, что приводит к получению отдельных областей из никеля, титана и ниобия, и не позволяет получить композиционный материал на основе нитинола. При мощности лазера более 300 Вт, и/или скорости сканирования менее 500 мм/с при лазерной обработке энергия лазерного излучения избыточна, что приводит к испарению компонентов порошковой смеси, что не позволяет получить композиционный материал на основе нитинола. При толщине порошкового слоя менее 30 мкм, сопоставимой с размерами частиц порошка, при лазерной обработке не обеспечивается перемешивание расплавленных компонентов и, соответственно, образование нитинола.
После завершения процесса селективного лазерного плавления проводится термическая обработка путем отжига при температуре 600-1000°С в течение 1-12 ч. В результате отжига происходит растворение вторичных интерметаллидных фаз и диффузия ниобия, что приводит к более однородному химическому составу, а также повышается предел текучести и температурный интервал мартенситного превращения. При температуре отжига менее 600°С и/или времени отжига менее 1 ч не происходит растворение вторичных интерметаллидных фаз и диффузия ниобия. При температуре отжига более 1000°С и/или времени отжига более 12 ч происходит рекристаллизация материала и рост зерен, что приводит к снижению предела текучести.
Пример реализации:
Были взяты порошки сплава NiTi с атомным соотношением Ni:Ti=T,07 с размером частиц d50=50 мкм в количестве 85 мас. %, порошок ниобия с размером частиц d50=35 мкм в количестве 15 мас. %. Было проведено механическое перемешивание взятых порошков в смесителе типа «пьяная бочка» в течение 12 ч со скоростью вращения смесителя 60 об/мин. Была получена механическая смесь порошков сплава NiTi и ниобия.
Полученная смесь порошков была помещена в бункер для порошка установки селективного лазерного плавления. На металлическую платформу установки был нанесен слой смеси порошков с толщиной 50 мкм. С помощью непрерывного лазера при мощности 200 Вт и скорости сканирования 700 мм/с расплавили слой смеси порошков. Затем металлическая платформа была опущена на 50 мкм, нанесен новый слой смеси порошков и расплавлен с помощью лазера. Процесс был повторен для 300 слоев. Пористость материала была определена с помощью металлографического анализа полированной поверхности образца материала, предел текучести материала определяли с помощью универсальной испытательной машины, температурный интервал мартенситного превращения определяли с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии.
На фиг. 1 показано оптическое изображение структуры полированной поверхности образца изготовленного материала. На изображении структуры имеются следы от проходов лазера, структура состоит из матрицы из NiTi и отдельных частиц ниобия, распределенных в матрице. Материал имеет низкую пористость менее 0,1% и плотность 6,68 г/см3. На изображения микроструктуры изготовленного материала, полученного с помощью сканирующего электронного микроскопа, видно, что материал состоит из матрицы NiTi с отдельными частицами ниобия, при этом внутренняя пористость отсутствует (Фиг. 2). Результаты рентгенофазового анализа материала подтвердили, что материал состоит из аустенитной матрицы NiTi и ниобия (Фиг. 3). Изготовленный материал был подвергнут термическому отжигу при температуре 850°С в течение 2 часов с охлаждением с печью. В результате отжига произошла диффузия ниобия и растворение вторичных элементов с образованием более однородной структуры и химического состава материала. Микроструктура после отжига состояла из мелкодисперсной эвтектической фазы NiTi+Nb (Фиг. 4). После термического отжига предел текучести материала составил 430 МПа. Температурный интервал мартенситного превращения составил 50°С (от -50 до 0°С).
Claims (1)
- Способ изготовления композиционного материала на основе нитинола NiTi, включающий механическое перемешивание порошков компонентов сплава, размещение порошковой смеси в установке селективного лазерного плавления и послойную лазерную обработку формируемого материала плавлением, отличающийся тем, что проводят механическое перемешивание порошков сплава NiTi, с атомным соотношением Ni:Ti 1,04-1,07, и Nb в количестве NiTi - 83-90 мас. %, Nb - 10-17 мас. %, а послойную лазерную обработку формируемого материала проводят при мощности лазера 100-300 Вт, скорости сканирования 500-1500 мм/с, толщине порошкового слоя 30-60 мкм, после послойной лазерной обработки проводят отжиг при температуре 600-1000°С в течение 1-6 ч.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021101556A RU2760699C1 (ru) | 2021-01-25 | 2021-01-25 | Способ получения композиционного материала на основе нитинола |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021101556A RU2760699C1 (ru) | 2021-01-25 | 2021-01-25 | Способ получения композиционного материала на основе нитинола |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2760699C1 true RU2760699C1 (ru) | 2021-11-29 |
Family
ID=79174072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021101556A RU2760699C1 (ru) | 2021-01-25 | 2021-01-25 | Способ получения композиционного материала на основе нитинола |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2760699C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114653941A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-06-24 | 西北有色金属研究院 | 一种镍钛合金齿轮的粉末冶金制备方法 |
| RU2790493C1 (ru) * | 2022-04-27 | 2023-02-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ВИАМ) | Способ изготовления заготовок послойным лазерным сплавлением металлических порошков сплавов на основе титана |
| CN115874177A (zh) * | 2022-12-26 | 2023-03-31 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种镍钛复合涂层及其制备方法与应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2665653C2 (ru) * | 2012-11-27 | 2018-09-03 | Сафран Эркрафт Энджинз | Способ послойного изготовления детали селективным плавлением или селективным спеканием слоев порошка с оптимальной плотностью посредством высокоэнергетического пучка |
| CN107130138B (zh) * | 2017-05-19 | 2018-09-04 | 淮阴工学院 | 医用高耐磨钛合金复合材料及3d打印梯度原位纳米复相减磨医用钛合金的方法 |
| RU2713255C1 (ru) * | 2019-09-23 | 2020-02-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Способ формирования композиционного материала методом селективного лазерного плавления порошка жаропрочного никелевого сплава на подложке из титанового сплава |
| DE102019207111A1 (de) * | 2019-05-16 | 2020-11-19 | Universität Stuttgart | Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mittels eines additiven Fertigungsverfahrens unter Verwendung eines Lasers |
-
2021
- 2021-01-25 RU RU2021101556A patent/RU2760699C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2665653C2 (ru) * | 2012-11-27 | 2018-09-03 | Сафран Эркрафт Энджинз | Способ послойного изготовления детали селективным плавлением или селективным спеканием слоев порошка с оптимальной плотностью посредством высокоэнергетического пучка |
| CN107130138B (zh) * | 2017-05-19 | 2018-09-04 | 淮阴工学院 | 医用高耐磨钛合金复合材料及3d打印梯度原位纳米复相减磨医用钛合金的方法 |
| DE102019207111A1 (de) * | 2019-05-16 | 2020-11-19 | Universität Stuttgart | Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mittels eines additiven Fertigungsverfahrens unter Verwendung eines Lasers |
| RU2713255C1 (ru) * | 2019-09-23 | 2020-02-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Способ формирования композиционного материала методом селективного лазерного плавления порошка жаропрочного никелевого сплава на подложке из титанового сплава |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Zhang В. et al. Microstructure and transformation behavior of in-situ shape memory alloys by selective laser melting Ti-Ni mixed powder. Journal of Materials Science & Technology, 2013, т. 29, N. 9, с. 863-867. * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2800693C1 (ru) * | 2022-03-24 | 2023-07-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ аддитивного формирования изделий с эффектом памяти формы |
| RU2808118C2 (ru) * | 2022-03-24 | 2023-11-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВА TiNi С ПЕРЕМЕННЫМ ХИМИЧЕСКИМ СОСТАВОМ С ПОМОЩЬЮ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ |
| CN114653941A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-06-24 | 西北有色金属研究院 | 一种镍钛合金齿轮的粉末冶金制备方法 |
| RU2794908C1 (ru) * | 2022-04-15 | 2023-04-25 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ изготовления материала с высокотемпературным эффектом памяти формы на основе нитинола |
| RU2790493C1 (ru) * | 2022-04-27 | 2023-02-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ВИАМ) | Способ изготовления заготовок послойным лазерным сплавлением металлических порошков сплавов на основе титана |
| CN115874177A (zh) * | 2022-12-26 | 2023-03-31 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种镍钛复合涂层及其制备方法与应用 |
| RU2824784C2 (ru) * | 2023-02-08 | 2024-08-13 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | Способ получения деталей из жаропрочного сплава ХН50ВМТЮБ технологией селективного лазерного сплавления |
| RU2825235C1 (ru) * | 2023-05-10 | 2024-08-22 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | Способ изготовления детали типа шлиц-шарнир методом селективного лазерного сплавления металлического порошка титанового сплава |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ren et al. | Microstructure and properties of equiatomic Ti–Ni alloy fabricated by selective laser melting | |
| Lu et al. | Ultrahigh-performance TiNi shape memory alloy by 4D printing | |
| Li et al. | The development of TiNi-based negative Poisson's ratio structure using selective laser melting | |
| Nagase et al. | Additive manufacturing of dense components in beta‑titanium alloys with crystallographic texture from a mixture of pure metallic element powders | |
| Pu et al. | Study on the NiTi shape memory alloys in-situ synthesized by dual-wire-feed electron beam additive manufacturing | |
| Feng et al. | Effect of laser hatch spacing on the pore defects, phase transformation and properties of selective laser melting fabricated NiTi shape memory alloys | |
| Zhao et al. | The effect of energy input on reaction, phase transition and shape memory effect of NiTi alloy by selective laser melting | |
| Lu et al. | Altered phase transformation behaviors and enhanced bending shape memory property of NiTi shape memory alloy via selective laser melting | |
| Fiocchi et al. | Low temperature annealing dedicated to AlSi10Mg selective laser melting products | |
| AlMangour et al. | Densification behavior, microstructural evolution, and mechanical properties of TiC/316L stainless steel nanocomposites fabricated by selective laser melting | |
| Qian et al. | Defects-tolerant Co-Cr-Mo dental alloys prepared by selective laser melting | |
| Saedi et al. | Texture, aging, and superelasticity of selective laser melting fabricated Ni-rich NiTi alloys | |
| Khoo et al. | Fabrication of SLM NiTi shape memory alloy via repetitive laser scanning | |
| Krishna et al. | Laser processing of net-shape NiTi shape memory alloy | |
| Baran et al. | Microstructure and properties of LENS (laser engineered net shaping) manufactured Ni-Ti shape memory alloy | |
| Gargarella et al. | Phase formation, thermal stability and mechanical properties of a Cu-Al-Ni-Mn shape memory alloy prepared by selective laser melting | |
| Bayati et al. | Toward understanding the effect of remelting on the additively manufactured NiTi | |
| Gao et al. | Spatial characteristics of nickel-titanium shape memory alloy fabricated by continuous directed energy deposition | |
| Shishkovsky et al. | Manufacturing three-dimensional nickel titanium articles using layer-by-layer laser-melting technology | |
| Byun et al. | Effects of Cr and Fe addition on microstructure and tensile properties of Ti–6Al–4V prepared by direct energy deposition | |
| Hayat et al. | Physical and tensile properties of NiTi alloy by selective electron beam melting | |
| RU2760699C1 (ru) | Способ получения композиционного материала на основе нитинола | |
| Guo et al. | Heat treatment behavior of the 18Ni300 maraging steel additively manufactured by selective laser melting | |
| Carlucci et al. | Building orientation and heat treatments effect on the pseudoelastic properties of NiTi produced by LPBF | |
| Yang et al. | Hierarchical microstructure of a titanium alloy fabricated by electron beam selective melting |