25.08.2017
217.015.d2ba

Способ получения наноструктурной проволоки из сплава титан-никель-тантал с эффектом памяти формы

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к деформационнотермической обработке сплава TiNiTa с эффектом памяти формы и может быть использовано в медицине при изготовлении стентов. Способ получения наноструктурной проволоки из сплава титан-никель-тантал с эффектом памяти формы включает термомеханическую обработку заготовки, сочетающую интенсивную пластическую деформацию и дорекристаллизационный отжиг. Интенсивную пластическую деформацию проводят в три этапа. На первом этапе осуществляют прокатку при температуре не выше 750°C с достижением накопленной степени деформации (е) более 400%. На втором этапе осуществляют ротационную ковку в несколько стадий со снижением температуры в диапазоне от 700 до 600°C и степенью деформации не более 90%. На третьем этапе осуществляют волочение в несколько стадий со снижением температуры в диапазоне от 600 до 200°C и степенью деформации не более 60%. Отжиг проводят после каждого этапа деформации при температуре 200-450°C. Повышается прочность при сохранении пластичности наноструктурного сплава. 1 ил., 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к деформационнотермической обработке сплава TiNiTa с эффектом памяти формы. Может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине. Особенно привлекательно его использование в медицинских устройствах типа «стент», «Кафа-фильтр» и прочих.

Известен способ изготовления сверхупругого сплава никель-титан (JP 6065741, МПК C22F 1/10, опубл. 24.08.94 г.), согласно которому сплав, содержащий 50-51 ат. % никеля, остальное - титан, подвергают отжигу, холодной деформации со степенью деформирования 15-60%, а затем фиксируют определенную форму сплава и нагревают его до 175-600°С.

Недостатком способа является использование лишь одного механизма повышения комплекса свойств сплавов - создание полигонизованной дислокационной субструктуры, что ограничивает возможность одновременного улучшения их механических (прочностных и пластических) характеристик и функциональных свойств, таких как максимальная обратимая деформация и максимальное реактивное напряжение.

Известен способ получения сверхупругого титан-никелевого сплава (JP 58161753, МПК C22F 1/10, опубл. 26.09.83 г.), включающий предварительную закалку крупнозернистого сплава, последующую холодную деформацию прокаткой со степенью деформации более 20% и отжиг при температуре 250-550°С.

Недостатками способа являются относительно низкие степени деформации (е менее 100%) и ограничения по степени измельчения микроструктуры, не позволяющие достигать наиболее высоких механических и функциональных свойств.

Наиболее близким к предложенному является способ получения ультрамелкозернистых сплавав «титан-никель» с эффектом памяти формы, включающий термомеханическую обработку, сочетающую деформацию и дорекристаллизационный отжиг. Перед термомеханической обработкой осуществляют предварительную закалку сплава, а деформацию осуществляют в два этапа, причем на первом этапе проводят интенсивную пластическую деформацию с накопленной истинной степенью деформации е более 400% в интервале температур 300-550°С, а на втором этапе проводят деформацию прокаткой или экструзией, или волочением со степенью деформации не менее 20% при температурах 20-500°С, а отжиг проводят при температурах 350-550°С в течение 0,5-2,0 часов (Патент РФ №2266973 МПК C22F 1/18, опубл. 27.12.2005 г.).

Недостатком известного способа является высокая степень анизотропии структуры и свойств материала из-за неоднородной морфологии зерен в продольном и поперечном сечении заготовки, большая доля малоугловых границ. Такой материал обладает повышенной прочностью, но ограниченной пластичностью, не обеспечивающей высокой стойкости к усталостному разрушению.

Задачей изобретения является повышение механических характеристик сплавов титан-никель-тантал с эффектом памяти формы с одновременным улучшением функциональных свойств за счет создания нанокристаллической структуры.

Техническим результатом является повышение прочности и сохранение пластичности наноструктурного сплава титан-никель-тантал с эффектом памяти формы, характеризующимся структурой, образующейся после механического воздействия на сплав, из нанокристаллических аустенитных зерен В2 фазы, в которой объемная доля зерен с размером не более 0,1 мкм и с коэффициентом формы зерен не более 2 во взаимно-перпендикулярных плоскостях составляет не менее 90%, причем более чем 50% зерен имеют большеугловые границы, разориентированные относительно соседних зерен на углы от 15° до 90°.

Способ получения проволоки из наноструктурированного сплава титан-никель-тантал с эффектом памяти формы, включающий термомеханическую обработку заготовки из сплава титан-никель-тантал, сочетающую интенсивную пластическую деформацию и дорекристаллизационный отжиг, согласно изобретению интенсивную пластическую деформацию проводят в три этапа. На первом этапе осуществляют прокатку при температуре не выше 750°С с достижением накопленной степени деформации е более 400%, на втором этапе осуществляют ротационную ковку в несколько стадий со снижением температуры в диапазоне 600-700°С и степенью деформации не более 90%, и третьим этапом волочение в несколько стадий при температурах, снижающихся в диапазоне с 600 до 200°С, и степенью деформации не более 60%. Отжиг проводят после каждого этапа деформации при температуре, равной t=200-450°С.

Предложенное изобретение позволяет получить более высокий уровень механических и усталостных свойств в сочетании с хорошими функциональными свойствами - эффект памяти формы.

Повышение прочности материала обусловлено очень малым размером зерна (не более 0,1 мкм) в структуре, что обеспечивает увеличение напряжения течения при пластической деформации согласно известному соотношению Холло-Петча (Большие пластические деформации и разрушение металлов. Рыбин В.В. М.: Металлургия, 1986, 224 с.). Значительное повышение прочности достигается также большим количеством зерен с большеугловыми границами (не менее 50%), которые в сравнении с малоугловыми и специальными границами обеспечивают наибольший вклад в упрочнение (Р.З. Валиев, И.В. Александров. Объемные наноструктурные металлические материалы. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 398 с.). При этом формирование зерен с коэффициентом формы не более 2 (соотношение ширины и длины зерна 1:2) снижает неоднородность пластического течения металла, уровень микронапряжений, тем самым предотвращает раннюю локализацию деформации, приводящую к разрушению материала.

Та имеет атомный радиус RTa=0,1467 нм, близкий к размеру атомов Ti (RTi=0,1462 нм), хотя и несколько больше. По размерному фактору этот элемент должен хорошо замещать Ti на его подрешетках в сплавах на основе TiNi.

Атомы Та в никеле растворяются в незначительных количествах, тогда как в титане эти элементы хорошо растворяются, вплоть до образования при температурах выше 900°С непрерывных твердых растворов.

Влияние Та на температуры фазовых превращений в сплавах типа типа (Ni51Ti49)1-xTax и Ni50Ti50-xTax следующее: в сплавах (Ni51Ti49)1-xTax температура фазового превращения возрастает с увеличением содержания Та, особенно когда содержание Та еще меньше чем 4%. В сплавах типа Ni50Ti50-xTax температура фазового превращения уменьшается с увеличением содержания тантала. Температура начала мартенситного превращения менее чувствительна к изменениям содержания Ni в тройных сплавах Ni-Ti-Ta, чем в бинарных сплавах Ni-Ti. Температура фазового превращения в тройных сплавах Ni-Ti-Ta главным образом контролируется отношением Ni/Ti в матрице Ni-Ti.

Присутствие Та повышает химическую стойкость сплава. 1% Та блокирует выход ионов никеля в кислых средах и снижает в щелочных. Повышение до 3% Та делает сплав инертным к большей части кислот и щелочей.

Пример конкретной реализации изобретения:

В качестве заготовки использовали цилиндрический пруток (100×20) мм сплава Ti48.4Ni50.6Ta1. На первом этапе обработки проводили прокатку заготовки при температуре 750°С, количество проходов n=8. При этом заготовку после каждого прохода поворачивали вокруг своей продольной оси по часовой стрелке на угол 90° для обеспечения равномерности проработки структуры. Между каждым проходом осуществляли отжиг при температуре 450°С. В общей сложности накопленная степень деформации составила е=400%. В результате была получена цельная заготовка длиной 210 мм и диаметром 8 мм.

После прокатки заготовку подвергали пластической деформации в несколько стадий ротационной ковкой при постепенном снижении температуры в интервале t=600-700°C.

В результате обработки получили пруток диаметром 4,5 мм длиной 400 мм.

На следующем этапе осуществляют пластическую деформацию заготовки волочением. Обработку проводят при постепенном снижении температуры в интервале 200-600°С. Степень деформации менее 60% не приводит к существенному изменению структуры. Промежуточные отжиги на различных стадиях деформации в диапазоне температур 200-450°С служат для повышения деформируемости массивной заготовки, а выбор температуры отжига зависит от предварительной накопленной степени деформации. На конечных стадиях деформации с целью формирования однородной нанокристаллической структуры по всему сечению проволоки с размером зерен 0,09-0,1 мкм используют промежуточные низкотемпературные отжиги при температуре не более 200°С. Промежуточные отжиги при температуре более 200°С приводят к интенсификации процессов возврата и не позволяют сформировать нанокристаллическую структуру.

Сочетание пластической деформации и промежуточных отжигов способствует дальнейшей эволюции полученной после проката структуры: формированию новых субзеренных границ, их трансформации в зеренные, тем самым увеличению доли большеугловых границ, формированию новых нанокристаллических зерен, снижению плотности решеточных дислокаций за счет одновременно протекающих процессов возврата и динамической рекристаллизации.

Из полученного прутка были изготовлены образцы для исследования микроструктуры. Образцы для исследований были вырезаны электроэрозионным методом в виде пластин в поперечном и продольном сечениях прутка. Для приготовления тонких фольг пластины подвергались механическому утонению до толщины 150 мкм и последующему электролитическому полированию на установке Tenupol-5 (Struers) при комнатной температуре в электролите, состоящем из хлорной кислоты (НClO4) и бутанола (С4Н9OН).

Исследования микроструктуры показывают, что в результате обработки по предложенному способу в сплаве титан-никель-тантал происходит существенное измельчение структуры и формируется нанокристаллическая структура, в которой до 90% составляют зерна В2 фазы со средним размером 0,09-0,1 мкм по светлому и темному полю и с коэффициентом формы зерен не более 2 во взаимно-перпендикулярных плоскостях (рис. 1). Погрешность измерений составила не более 5%.

Исследования показали, что предложенный способ термомеханической обработки сплава титан-никель-тантал, сочетающий прокатку и последующую ротационную ковку и волочение (e=90%) с отжигами в процессе обработки при заданных температурно-временных параметрах, позволил получить следующие характеристики материала: предел прочности до 1750 МПа при пластичности 19%, максимальная обратимая деформация - 8%. Достигнутые показатели по совокупности механических и функциональных свойств превосходят показатели, обеспечиваемые по прототипу.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет сформировать в сплаве титан-никель-тантал с эффектом памяти формы нанокристаллическую структуру В2 фазы, обеспечивающую материалу повышенную прочность, пластичность и улучшенные эксплуатационные характеристики.

Способ получения наноструктурной проволоки из сплава титан-никель-тантал с эффектом памяти формы, включающий термомеханическую обработку заготовки из сплава титан-никель-тантал, сочетающую интенсивную пластическую деформацию и дорекристаллизационный отжиг, отличающийся тем, что интенсивную пластическую деформацию проводят в три этапа, причем на первом этапе осуществляют прокатку при температуре не выше 750°C с достижением накопленной степени деформации (е) более 400%, на втором этапе осуществляют ротационную ковку в несколько стадий со снижением температуры в диапазоне от 700 до 600°C и степенью деформации не более 90%, а на третьем этапе осуществляют волочение в несколько стадий при температурах, снижающихся в диапазоне от 600 до 200°C, и степенью деформации не более 60%, при этом отжиг проводят после каждого этапа деформации при температуре t=200-450°C.
Способ получения наноструктурной проволоки из сплава титан-никель-тантал с эффектом памяти формы
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 99.
20.06.2013
№216.012.4b44

Композиционный материал на основе кальцийфосфатного цемента для заполнения костных дефектов

Изобретение относится к области медицины и касается цементных материалов для пластической реконструкции поврежденных костных тканей. Композиционный материал выполнен на основе реакционно-твердеющей смеси порошков: трикальцийфосфата, содержащих частицы гидроксиапатита размером от 38 до 220 мкм....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484850
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.4fa1

Пористый кальций-фосфатный цемент

Изобретение относится к медицине. Описан пористый кальций-фосфатный гидравлический цемент для восстановления костных тканей, содержащий порошок β-трикальцийфосфата, монокальцийфосфата моногидрата, затворяющую жидкость, представляющую собой 7-9%-ный водный раствор лимонной кислоты, а также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485978
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.10.2013
№216.012.732b

Способ термической обработки деформируемых магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт

Изобретение относится к области металлургии, в частности к обработке магнитотвердых сплавов на основе системы Fe-Cr-Co, которые применяются в приборостроении, релейной технике, электромашиностроении, медицине, автомобильной промышленности и т.д. Для повышения коэрцитивной силы изделий из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495140
Дата охранного документа: 10.10.2013
27.12.2013
№216.012.8fe0

Брушитовый гидравлический цемент (варианты)

Изобретение относится к медицине. Описан брушитовый гидравлический цемент для восстановления костных тканей, содержащий порошок α-трикальцийфосфата и затворяющую жидкость, представляющую собой раствор фосфата магния в фосфорной кислоте, где цементный порошок содержит гранулы карбоната кальция...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502525
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.8fe1

Покрытие на имплант из титана и его сплавов и способ его приготовления

Изобретение относится к области медицины. Описано покрытие на имплант из титана и его сплавов, состоящее из двух слоев. Первый слой состоит из оксидов титана, в основном TiO, второй слой состоит из оксида алюминия гамма-модификации, общая толщина двухслойного покрытия составляет от 40 до 180...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502526
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.9004

Способ приготовления катализатора для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и катализатор, полученный этим способом

Изобретение относится к способам получения блочных катализаторов, катализаторам очистки отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Описан способ приготовления катализатора для очистки ОГ ДВС, в котором для нанесения промежуточного покрытия и активной фазы используют водную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502561
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.02.2014
№216.012.9e48

Способ получения мезопористого наноразмерного порошка диоксида церия (варианты)

Изобретение относится к химической промышленности, к производству наноразмерных порошков оксидов металлов для мелкозернистой керамики широкого спектра. Способ получения порошка диоксида церия включает стадии: получение водного 0,05М раствора нитрата церия или ацетата церия, используя Се(NО)·6НO...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506228
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.04.2014
№216.012.b16d

Способ термической обработки магнитотвердых сплавов системы железо-хром-кобальт

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству магнитотвердых сплавов на основе системы Fe-Cr-Co, которые применяются в приборостроении, релейной технике, электромашиностроении, медицине, автомобильной промышленности. Для повышения остаточной индукции сплав...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511136
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.04.2014
№216.012.b9ef

Способ переработки лопаритового концентрата

Изобретение относится к переработке лопаритового концентрата. Заявляемый способ пирометаллургической переработки лопаритового концентрата включает три этапа: восстановительный, плавильный и окислительный. Восстановительный этап включает углетермическое восстановление концентрата при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513327
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.05.2014
№216.012.c4fc

Высокоазотистая мартенситная никелевая сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной мартенситной стали, используемой для изготовления высоконагруженных изделий криогенной техники. Сталь содержит следующие компоненты, в мас.%: углерод 0,02-0,06, хром 1,5-2,0, никель 8,5-10,5, азот 0,08-0,22, марганец 0,3-0,6,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516187
Дата охранного документа: 20.05.2014
Показаны записи 1-10 из 84.
20.06.2013
№216.012.4b44

Композиционный материал на основе кальцийфосфатного цемента для заполнения костных дефектов

Изобретение относится к области медицины и касается цементных материалов для пластической реконструкции поврежденных костных тканей. Композиционный материал выполнен на основе реакционно-твердеющей смеси порошков: трикальцийфосфата, содержащих частицы гидроксиапатита размером от 38 до 220 мкм....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484850
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.4fa1

Пористый кальций-фосфатный цемент

Изобретение относится к медицине. Описан пористый кальций-фосфатный гидравлический цемент для восстановления костных тканей, содержащий порошок β-трикальцийфосфата, монокальцийфосфата моногидрата, затворяющую жидкость, представляющую собой 7-9%-ный водный раствор лимонной кислоты, а также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485978
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.10.2013
№216.012.732b

Способ термической обработки деформируемых магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт

Изобретение относится к области металлургии, в частности к обработке магнитотвердых сплавов на основе системы Fe-Cr-Co, которые применяются в приборостроении, релейной технике, электромашиностроении, медицине, автомобильной промышленности и т.д. Для повышения коэрцитивной силы изделий из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495140
Дата охранного документа: 10.10.2013
27.12.2013
№216.012.8fe0

Брушитовый гидравлический цемент (варианты)

Изобретение относится к медицине. Описан брушитовый гидравлический цемент для восстановления костных тканей, содержащий порошок α-трикальцийфосфата и затворяющую жидкость, представляющую собой раствор фосфата магния в фосфорной кислоте, где цементный порошок содержит гранулы карбоната кальция...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502525
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.8fe1

Покрытие на имплант из титана и его сплавов и способ его приготовления

Изобретение относится к области медицины. Описано покрытие на имплант из титана и его сплавов, состоящее из двух слоев. Первый слой состоит из оксидов титана, в основном TiO, второй слой состоит из оксида алюминия гамма-модификации, общая толщина двухслойного покрытия составляет от 40 до 180...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502526
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.9004

Способ приготовления катализатора для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и катализатор, полученный этим способом

Изобретение относится к способам получения блочных катализаторов, катализаторам очистки отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Описан способ приготовления катализатора для очистки ОГ ДВС, в котором для нанесения промежуточного покрытия и активной фазы используют водную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502561
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.02.2014
№216.012.9e48

Способ получения мезопористого наноразмерного порошка диоксида церия (варианты)

Изобретение относится к химической промышленности, к производству наноразмерных порошков оксидов металлов для мелкозернистой керамики широкого спектра. Способ получения порошка диоксида церия включает стадии: получение водного 0,05М раствора нитрата церия или ацетата церия, используя Се(NО)·6НO...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506228
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.04.2014
№216.012.b16d

Способ термической обработки магнитотвердых сплавов системы железо-хром-кобальт

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству магнитотвердых сплавов на основе системы Fe-Cr-Co, которые применяются в приборостроении, релейной технике, электромашиностроении, медицине, автомобильной промышленности. Для повышения остаточной индукции сплав...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511136
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.04.2014
№216.012.b9ef

Способ переработки лопаритового концентрата

Изобретение относится к переработке лопаритового концентрата. Заявляемый способ пирометаллургической переработки лопаритового концентрата включает три этапа: восстановительный, плавильный и окислительный. Восстановительный этап включает углетермическое восстановление концентрата при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513327
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.05.2014
№216.012.c4fc

Высокоазотистая мартенситная никелевая сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной мартенситной стали, используемой для изготовления высоконагруженных изделий криогенной техники. Сталь содержит следующие компоненты, в мас.%: углерод 0,02-0,06, хром 1,5-2,0, никель 8,5-10,5, азот 0,08-0,22, марганец 0,3-0,6,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516187
Дата охранного документа: 20.05.2014

Похожие РИД в системе