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公開番号2024160979
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-15
出願番号2024073910
出願日2024-04-30
発明の名称NiTi形状記憶合金の製造方法
出願人天津大学
代理人SK弁理士法人,個人,個人
主分類B22F 10/34 20210101AFI20241108BHJP(鋳造;粉末冶金)
要約【課題】從來技術の不足を克服するために、高性能NiTi形状記憶合金の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、選択的レーザ溶融法によりNiTi形状記憶合金を印刷し、室温に自然冷却してSLM-NiTi印刷物が得られ、等原子比のガスアトマイズ球状粉末Ni50Ti50を原材料とし、鋳放しNiTi形状記憶合金を基板として使用するステップ1と、ステップ1で得られたSLM-NiTi印刷物を750～1050℃で50min-90min保温し、冷却して高性能NiTi SMAが得られるステップ2とを含む高性能NiTi SMAの製造方法を提供する。本発明の方法によりSLM-NiTi積層造形印刷物をアニールすることによって、印刷物の力学的特性を顕著に向上できる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
ＮｉＴｉＳＭＡの製造方法であって、
選択的レーザ溶融法によりＮｉＴｉ形状記憶合金を印刷し、室温に自然冷却してＳＬＭ－ＮｉＴｉ印刷物が得られ、等原子比のガスアトマイズ球状粉末Ｎｉ
５
０Ｔｉ
５
０を原材料とし、鋳放しＮｉＴｉ形状記憶合金を基板として使用するステップ１と、
ステップ１で得られたＳＬＭ－ＮｉＴｉ印刷物を７５０～１０５０℃で５０ｍｉｎ－９０ｍｉｎ保温し、水冷法により冷却してＮｉＴｉＳＭＡが得られるステップ２と、
を含むことを特徴とする、方法。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
前記ステップ１において、型番がＲｅｎｉｓｈａｗＡＭ４００の選択的レーザ溶融装置を用いてＮｉＴｉ形状記憶合金を印刷することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ１において、印刷過程は、下記のとおりであり、即ち、
まず、基板を取り付け、取り付ける前に基板の表面をサンドブラスト処理し、基板表面の汚物を除去して均一で微細な凹凸面を形成し、これによって粉散布の均一性及び基板と粉末の付着性を向上させ、次に、粉体を積載し、積載前に粉末をホッパに入れる前に２５０メッシュの標準篩により振動篩分けし、これによって粉末の流動性を向上させ、さらに、選択的レーザ溶融装置に付属する専用ソフトウェアにより３Ｄモデルに対してスライス、パラメータ設定及びスキャンストラテジー編集を行い、最終的に３Ｄデータ導入装置を生成し、熱応力の累積を回避するために、連続層の間に６７°の回転角度を採用し、レーザパワーを１５０Ｗに設定し、スキャン速度を９００ｍｍ／ｓに設定し、スキャンピッチを５０μｍに設定し、層厚さを４０μｍに設定し、最後に、酸素含有量を調整し、基板を予熱して印刷することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
酸素含有量を調整するときの酸素含有量の閾値は１００ｐｐｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
基板を予熱するときの予熱温度は、１５０－１７０℃であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ１において、基板の面積は、２４８×２４８×２０ｍｍであり、ＳＬＭ－ＮｉＴｉ印刷物のサイズは、５×５×５ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ２で得られた高性能ＮｉＴｉＳＭＡは、結晶粒径が６．５９２～１５０．５８２μｍであり、破断伸びが１１．９２～１３．９５％であり、１００％の超弾性を実現することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ２で得られた高性能ＮｉＴｉＳＭＡのオーステナイト結晶の配向は＜１１０＞であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、合金材料の技術分野に関し、特に、高性能ＮｉＴｉ形状記憶合金の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
ＮｉＴｉ形状記憶合金（ＳＭＡ）は、その独特の形状記憶効果と超弾性により、航空宇宙、生物医学、その他の分野で広く使用されている。しかし、ＮｉＴｉＳＭＡは機械加工性能が低く、溶接性が低いため、任意の幾何学的形状の部品を加工して準備することは非常に困難であり、そのさらなる推進と応用が大幅に制限されている。選択的レーザ熔融（ＳＬＭ）技術は、最終形状に近い複雑なコンポーネントを一度に成形する機能を備えている。したがって、選択的レーザ溶融技術に基づいてＮｉＴｉＳＭＡの研究を行うことは非常に重要である。
從來の製造方式と比較して、ＳＬＭ技術により製造されたＮｉＴｉＳＭＡは、延性が悪く、工業化応用を満たすことができない。したがって、ＳＬＭ－ＮｉＴｉＳＭＡの引張特性を改善する効果的な方法を見つける必要がある。アニールは、積層造形印刷物に最も一般的に使用される後処理方法の１つであり、印刷物のミクロ組織を効果的に調整して材料の力学的特性を改善させる目的を達成することができる。現在、從來金属材料のアニールプロセスは、相対的に成熟している。
しかしながら、從來の合金と異なり、ＮｉＴｉＳＭＡは、その独特な非拡散性マルテンサイト変態過程により、その強化メカニズムが從來の金属と異なる。強化メカニズムの違いによって、そのアニールプロセスは、単に從來合金のアニールプロセスを僅かに修正して得ることができず、強化メカニズムに対するアニールの影響を理解した上に新たに設計しなければならない。そのため、ＳＬＭ－ＮｉＴｉ印刷物のアニールプロセスは成熟しておらず、その結果、工業での実用化は実現できない。したがって、ＳＬＭ－ＮｉＴｉＳＭＡのアニーリングプロセスに関する研究は、その工学的応用にとって非常に重要である。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の目的は、從來技術の不足を克服するために、高性能ＮｉＴｉ形状記憶合金の製造方法を提供することである。
【０００４】
本発明の目的を達成するための技術的手段は、下記である。
【０００５】
選択的レーザ溶融法によりＮｉＴｉ形状記憶合金を印刷し、室温に自然冷却してＳＬＭ－ＮｉＴｉ印刷物が得られるステップ１と、
ステップ１で得られたＳＬＭ－ＮｉＴｉ印刷物を７５０～１０５０℃で５０ｍｉｎ－９０ｍｉｎ、好ましくは１ｈ保温し、冷却して高性能ＮｉＴｉＳＭＡが得られるステップ２と、
を含む高性能ＮｉＴｉＳＭＡの製造方法。
【０００６】
上記の技術的手段において、前記ステップ１では、型番がＲｅｎｉｓｈａｗＡＭ４００の選択的レーザ溶融装置を用いてＮｉＴｉ形状記憶合金を印刷する。
【０００７】
上記の技術的手段において、前記ステップ１では、等原子比のガスアトマイズ球状粉末Ｎｉ
５
０Ｔｉ
５
０を原材料とし、鋳放しＮｉＴｉ形状記憶合金を基板として使用する。
【０００８】
上記の技術的手段において、前記ステップ１では、印刷過程は、下記のとおりであり、即ち、
まず、基板を取り付け、取り付ける前に基板の表面をサンドブラスト処理し、基板表面の汚物を除去して均一で微細な凹凸面を形成し、これによって粉散布の均一性及び基板と粉末の付着性を向上させ、次に、粉体を積載し、積載前に粉末をホッパに入れる前に２５０メッシュの標準篩により振動篩分けし、これによって粉末の流動性を向上させ、さらに、選択的レーザ溶融装置に付属する専用ソフトウェア（ＱｕａｎｔＡＭ及びＭａｔｅｒｉａｌＥｄｉｔｏｒ）により３Ｄモデルに対してスライス、パラメータ設定及びスキャンストラテジー編集を行い、最終的に３Ｄデータ導入装置を生成し、熱応力の累積を回避するために、連続層の間に６７°の回転角度を採用し、レーザパワーを１５０Ｗに設定し、スキャン速度を９００ｍｍ／ｓに設定し、スキャンピッチを５０μｍに設定し、層厚さを４０μｍに設定し、最後に、酸素含有量を調整し、基板を予熱して印刷する。
【０００９】
上記の技術的手段において、成形品の酸化を防止するために、酸素含有量を調整するときの酸素含有量の閾値が１００ｐｐｍ未満である。
【００１０】
上記の技術的手段において、製造過程に発生する残留応力を減少させるために、基板を予熱するときの予熱温度は１５０－１７０℃である。
（【００１１】以降は省略されています）

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