專利名稱：高耐磨性鈦鎳合金材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高耐磨性鈦鎳合金材料的制備方法，用于獲得不僅具有優(yōu)良的滑動摩擦性能，還具有良好的耐腐蝕性能的摩擦學(xué)材料，進(jìn)而提高該合金材料在海洋、礦山開采及民用工業(yè)等領(lǐng)域的實際工程應(yīng)用價值。屬于金屬材料及冶金類技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
摩擦磨損會導(dǎo)致機(jī)械零部件材料的缺損，最終導(dǎo)致出現(xiàn)斷裂、劇烈震動、噪聲及精度降低等失效，因此，高性能摩擦材料的選取和制備一直是工程技術(shù)人員孜孜以求的研究課題。
影響材料摩擦學(xué)性能的因素很多，如硬度、韌性、溫度和滑動速度等。實踐證明細(xì)小等軸的晶粒可提高材料的強(qiáng)度，提高其抵抗塑性變形的能力。等徑彎角擠壓法(Equal Channel Angular Extrusion，以下簡稱ECAE)可在不改變材料橫截面積的情況下實現(xiàn)對材料的多次重復(fù)擠壓，用來制備塊狀細(xì)晶材料，進(jìn)而提高材料的塑性、韌性，提高其耐磨性能。
專利號為ZL03151238.0的中國發(fā)明專利“微米細(xì)晶鈦鎳合金塊材等徑彎角擠壓制備方法”，基于ECAE工藝原理制備出了細(xì)晶鈦鎳合金材料，但由于高溫及擠壓過程中的剪切作用使材料動態(tài)再結(jié)晶，材料晶粒雖細(xì)化其強(qiáng)度提高，但喪失部分偽彈性性能，即熱彈性馬氏體的可逆回復(fù)特性幾乎消失殆盡，其“塑性”變差，其韌性下降，因此其耐磨性并無顯著提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高耐磨性鈦鎳合金材料的制備方法，在有效細(xì)化材料微觀晶粒組織的同時，改善其偽彈性性能，提高材料的摩擦學(xué)性能。
本發(fā)明的鈦鎳合金材料的制備方法具體為將原料按原子百分比為鈦45％～52％，鎳48％～55％配好，在真空條件下進(jìn)行熔煉，制成鈦鎳合金鑄錠。將鑄錠在800℃～900℃退火，保溫4～5小時，然后切割成坯料并對坯料進(jìn)行表面處理，使表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。然后在坯料表面涂敷玻璃防護(hù)潤滑劑，涂層厚度要均勻，涂層厚度為0.2-0.4mm。
采用等徑彎角擠壓模具，模具的擠壓通道轉(zhuǎn)角為90°。用丙酮對模具型腔進(jìn)行清洗后均勻涂敷石墨潤滑劑，然后將涂好石墨潤滑劑的模具放在400℃～500℃的加熱爐中進(jìn)行加熱并保溫1～1.5小時；將另外一個加熱爐加熱到750℃～980℃，將準(zhǔn)備好的坯料放入此加熱爐中加熱并保溫20～30分鐘。將加熱好的坯料和模具同時取出，并迅速將坯料放入模具中，在液壓萬能試驗機(jī)上對坯料進(jìn)行擠壓。重復(fù)對擠壓出的坯料進(jìn)行表面處理和涂敷玻璃潤滑劑、模具型腔涂敷石墨潤滑劑，再進(jìn)行擠壓共4～6次。
對擠壓后的材料在500℃～750℃進(jìn)行退火處理，保溫1.5～2小時，然后空冷至室溫，使其晶粒均勻回復(fù)，改善其偽彈性性能，即可獲得耐磨TiNi合金材料。
本發(fā)明采用等徑彎角擠壓工藝處理后再進(jìn)行退火處理，其特點(diǎn)是使試樣在經(jīng)ECAE擠壓后經(jīng)退火處理，使材料發(fā)生靜態(tài)回復(fù)，材料晶粒變得更加均勻細(xì)小，其偽彈性性能得到提高，最終獲得的鈦鎳合金摩擦材料顯示了優(yōu)良的摩擦學(xué)特性，耐磨承載能力明顯提高，摩擦系數(shù)明顯降低。
本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本低，成才率高，并可實現(xiàn)大工件加工。
具體實施例方式
以下通過具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。
實施例1將原料按原子百分比鈦為50％，鎳為50％配備好，在真空條件下進(jìn)行熔煉，制成TiNi合金鑄錠。將鑄錠在800℃退火，保溫5小時。將TiNi合金塊材線切割成為90mm×9.3mm×9.3mm的坯料并進(jìn)行表面處理，使坯料表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。用丙酮對坯料表面進(jìn)行表面清洗，然后采用浸涂的方法在坯料表面均勻涂敷玻璃防護(hù)潤滑劑，涂層厚度約為0.2mm。
采用等徑彎角擠壓模具，模具的擠壓通道轉(zhuǎn)角為90°。用丙酮對模具型腔進(jìn)行清洗后均勻涂敷石墨潤滑劑，然后將涂好石墨潤滑劑的模具放在400℃的加熱爐中進(jìn)行加熱，達(dá)到溫度后保溫1.5小時；將另外一個加熱爐加熱到750℃，將準(zhǔn)備好的坯料放入此加熱爐中，待溫度升到750℃后，保溫30分鐘。將加熱好的坯料和模具同時取出，然后迅速將坯料放入模具中，在壓力機(jī)上立即進(jìn)行擠壓。待擠壓出來的坯料空冷至室溫后，再重復(fù)前次擠壓步驟進(jìn)行4次擠壓，待試樣冷卻至室溫后在500℃進(jìn)行退火處理，保溫時間2小時后空冷，即可獲得耐磨TiNi合金材料。
對經(jīng)ECAE擠壓及熱處理后的TiNi合金材料進(jìn)行摩擦磨損試驗，在M-2000環(huán)塊式磨損試驗計上進(jìn)行，對摩件為GCr15鋼。結(jié)果表明經(jīng)ECAE擠壓及熱處理后的TiNi合金材料比未經(jīng)處理的TiNi合金的磨擦系數(shù)降低，耐磨性能提高。
實施例2將原料按原子百分比鈦為48％，鎳為52％配備好，在真空條件下進(jìn)行熔煉，制成TiNi合金鑄錠。將鑄錠在850℃退火，保溫4.5小時。將TiNi合金塊材線切割成為90mm×9.3mm×9.3mm的坯料，坯料表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。用丙酮對坯料表面進(jìn)行表面清洗，并采用浸涂的方法在坯料表面均勻涂敷玻璃防護(hù)潤滑劑，涂層厚度約為0.3mm。
采用等徑彎角擠壓模具，模具的擠壓通道轉(zhuǎn)角為90°。用丙酮對模具型腔進(jìn)行清洗后均勻涂敷石墨潤滑劑，然后將涂好石墨潤滑劑的模具放在450℃的加熱爐中進(jìn)行加熱，達(dá)到溫度后保溫1小時；將另外一個加熱爐加熱到850℃，將準(zhǔn)備好的坯料放入此加熱爐中，待溫度升到850℃后，保溫25分鐘。將加熱好的坯料和模具同時取出，然后迅速將坯料放入模具中，在壓力機(jī)上立即進(jìn)行擠壓，待擠壓出來的坯料空冷至室溫后，再重復(fù)前次擠壓步驟進(jìn)行5次擠壓，待試樣冷卻至室溫后在600℃進(jìn)行退火處理，保溫時間100分鐘然后空冷，即可獲得耐磨TiNi合金材料。
對經(jīng)擠壓及熱處理后的TiNi合金材料進(jìn)行摩擦磨損試驗，在M-2000環(huán)塊式磨損試驗計上進(jìn)行，對摩件為GCr15鋼。結(jié)果表明經(jīng)ECAE擠壓及熱處理后的TiNi合金材料比未經(jīng)處理的TiNi合金的磨擦系數(shù)降低，耐磨性能提高。
實施例3將原料按原子百分比鈦為45％，鎳為55％配備好，在真空條件下進(jìn)行熔煉，制成TiNi合金鑄錠。將鑄錠在900℃退火，保溫4小時。將TiNi合金塊材線切割成為90mm×9.3mm×9.3mm的坯料，坯料表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。用丙酮對坯料表面進(jìn)行表面清洗，并采用浸涂的方法在坯料表面均勻涂敷玻璃防護(hù)潤滑劑，涂層厚度約為0.4mm。
采用等徑彎角擠壓模具，模具的擠壓通道轉(zhuǎn)角為90°。用丙酮對模具型腔進(jìn)行清洗后均勻涂敷石墨潤滑劑，然后將涂好石墨潤滑劑的模具放在500℃的加熱爐中進(jìn)行加熱，達(dá)到溫度后保溫1小時；將準(zhǔn)備好的坯料放入另外一個加熱到980℃的加熱爐中，待溫度升到980℃后，保溫20分鐘。將加熱好的坯料和模具同時取出，然后迅速將坯料放入模具中，在壓力機(jī)上立即進(jìn)行擠壓，待擠壓出來的坯料空冷至室溫后，再重復(fù)前次擠壓步驟進(jìn)行6次擠壓，待試樣冷卻至室溫后在750℃進(jìn)行退火處理，保溫時間90分鐘然后空冷，即可獲得耐磨TiNi合金材料。
對經(jīng)擠壓及熱處理后的TiNi合金材料進(jìn)行摩擦磨損試驗，在M-2000環(huán)塊式磨損試驗計上進(jìn)行，對摩件為GCr15鋼。結(jié)果表明經(jīng)ECAE擠壓及熱處理后的TiNi合金材料比未經(jīng)處理的TiNi合金的磨擦系數(shù)降低，耐磨性能提高。
權(quán)利要求
1.一種高耐磨性鈦鎳合金材料的制備方法，其特征在于將原子百分比為45％～52％的鈦，48％～55％的鎳，在真空條件下熔煉，制成鈦鎳基合金鑄錠，將鑄錠在800℃～900℃退火，保溫4～5小時，然后切割成坯料并進(jìn)行表面處理，使坯料表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm，然后在坯料表面均勻涂敷玻璃防護(hù)潤滑劑，涂層厚度為0.2～0.4mm；采用擠壓通道角度為90°的模具，用丙酮對模具型腔進(jìn)行清洗后均勻涂敷石墨潤滑劑，然后將模具放在400℃～500℃的加熱爐中加熱并保溫1～1.5小時，將另外一個加熱爐加熱到750℃～980℃，將準(zhǔn)備好的坯料放入此加熱爐中加熱并保溫20～30分鐘，然后將加熱好的坯料和模具同時取出，并迅速將坯料放入模具中，在液壓萬能試驗機(jī)上對坯料進(jìn)行擠壓，重復(fù)對擠壓出的坯料進(jìn)行表面處理和涂敷玻璃潤滑劑、模具型腔涂敷石墨潤滑劑，再進(jìn)行擠壓共4～6次；對經(jīng)擠壓后的材料在500℃～750℃進(jìn)行退火處理，保溫1～1.5小時后空冷至室溫，即獲得耐磨鈦鎳合金材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高耐磨性鈦鎳合金材料的制備方法，將原子百分比為45％～52％的鈦，48％～55％的鎳，在真空條件下熔煉，制成鈦鎳基合金鑄錠，表面處理后涂敷玻璃潤滑劑。采用擠壓通道角度為90°的擠壓模具，模具型腔表面涂敷石墨潤滑劑。將坯料、模具分別加熱保溫，并同時從加熱爐中取出進(jìn)行等徑彎角擠壓；對擠壓處理后的材料進(jìn)行退火處理，使材料產(chǎn)生靜態(tài)回復(fù)，晶粒均勻細(xì)化，最終獲得摩擦學(xué)性能良好的鈦鎳合金塊材。本發(fā)明所制備的耐磨材料顯示了優(yōu)良的摩擦學(xué)特性，耐磨承載能力明顯提高，摩擦系數(shù)明顯降低。
文檔編號C22F1/18GK1718800SQ20051002758
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者程先華, 向國權(quán) 申請人:上海交通大學(xué)