一种镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构及其制备方法与应用
本发明属于增材制造相关，更具体地，涉及一种镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构及其制备方法与应用。
背景技术：
1、汽车减震器是车辆悬挂系统中至关重要的组件之一，它的主要功能是减少车辆在路面行驶中的震动和颠簸，提高驾驶舒适性和车辆稳定性。减震器通过将悬挂系统与车身连接起来，将路面的冲击和振动转化为热能或机械能来缓解震动。
2、随着汽车行业的发展，汽车行驶过程中产生的振动已经成为制约汽车发展的重大障碍。研发结构简单、性能良好，能够满足汽车高速运行状态的减震器也已经成为汽车领域急需解决的问题。
3、现阶段汽车减震器的发展趋势有：自适应可调减震器、借助新型原理设计减震器。但是，作为汽车减震器主要发展趋势之一的自适应可调减震器技术不够完善：系统比较复杂，包含大量的传感器、控制单元和执行器，故障概率比较高；涉及高度先进的技术和复杂的硬件，制造和安装成本比较高，难以广泛应用；某些自适应减震器可能对车辆能效产生负面影响，因为它们需要额外的电力来运行传感器和调节机制，影响燃油经济性或电动汽车的续航里程；自适应减震器的部件可能会受到极端驾驶条件、恶劣天气和道路状况的影响，从而影响其耐久性，导致系统的性能下降，甚至出现故障。借助电磁原理来设计相应的新型减震器的相关理论研究工作有一定的漏洞需要补充，理论研究并不够深入，和汽车减震器生产实践的要求存在相当大的距离，电磁流变减震器的研究工作仍然需要持续进行。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构及其制备方法与应用，其旨在解决现有减震器的环境自适应性较差的问题。
2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构，所述镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构具有双程形状记忆效应，其由三维空间内周期性排列并相互连接的多个点阵单胞形成；所述镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构是采用镍钛铜三元形状记忆合金材料制备而成的，且其相变温度呈梯度分布。
3、进一步地，所述镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构的镍钛铜合金基体中产生有ni4ti3析出相，ni4ti3析出相促使ni元素在合金内部形成空间梯度分布，梯度分布的ni元素进一步导致基体的相变温度呈现梯度变化。
4、本发明还提供了一种如上所述的镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构的制备方法，所述制备方法主要包括以下步骤：
5、(1)利用计算机三维建模软件建立点阵结构的三维模型；
6、(2)以镍钛铜三元形状记忆合金粉末为原料，采用激光选取融化的方式将所述三维模型打印成形。
7、进一步地，点阵结构为fischer-koch点阵结构。
8、进一步地，打印参数为：激光功率为300w-350w，激光扫描速度为600mm/s-800mm/s，粉末铺粉层厚为0.02mm-0.04mm，扫描间距为0.1mm-0.2mm。
9、进一步地，将打印所得的镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构进行加载-卸载的压缩实验，所述压缩实验将点阵结构压缩到应变12％时停止加载，然后将压缩后的试样放入150℃硅油中进行油浴加热，当点阵结构恢复后再次对点阵结构进行压缩，如此循环50次；经过上述的加载-卸载压缩试验，镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构具有双程形状记忆效应。
10、本发明还提供了一种减震器，所述减震器包括上支座板、下支座板及连接所述上支座板及所述下支座板的芯体，所述芯体为如上所述的钛铜三元形状记忆合金点阵结构。
11、进一步地，所述上支座板、所述下支座板由316不锈钢制作而成的，所述减震器整体采用多材料4d打印技术一体化成形。
12、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构及其制备方法与应用主要具有以下有益效果：
13、1.所述镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构的相变温度呈梯度分布，进而引发镍钛铜合金点阵结构缓冲吸能梯度响应的特性，同时所述镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构具有双程形状记忆效应，可以根据外界温度变化迅速做出自适应高度调整从而调节点阵结构的缓冲吸能效果和阻尼特性，通过对所属点阵结构参数的调整可以改变整体结构的刚度预设。
14、2.所述镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构的镍钛铜合金基体中产生有ni4ti3析出相，ni4ti3析出相在镍钛铜合金中的大量存在，显著提升了合金的超弹性能。这些析出相不仅使镍钛铜合金点阵结构在弹性变形阶段可以吸收更多的能量，还促使ni元素在合金内部形成空间梯度分布。这种梯度分布的ni元素进一步导致基体的相变温度呈现梯度变化，进而引发镍钛铜合金点阵结构缓冲吸能梯度响应的特性。此外ni4ti3析出相在周围基体建立各向异性应力场，各向异性应力场增加了奥氏体转变为马氏体的相变所需吉布斯自由能，从而极大地提高了制备的镍钛铜合金点阵结构的能量吸收率。
15、3.与其他形状记忆合金相比，镍钛铜三元形状记忆合金对温度场的响应比较迅速，镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构制成的减震器响应频率较高，单位体积能量吸收可以提高40mj/m3。
16、4.与现有的自适应可调减震器相比，本发明避免了复杂的自适应调节系统，整体采用多材料4d打印技术一体化成形，结构设计简单、生产效率高、产品可靠性好、成本较低、可以广泛使用。
技术特征：
1.一种镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构，其特征在于：
2.如权利要求1所述的镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构，其特征在于：所述镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构的镍钛铜合金基体中产生有ni4ti3析出相，ni4ti3析出相促使ni元素在合金内部形成空间梯度分布，梯度分布的ni元素进一步导致基体的相变温度呈现梯度变化。
3.一种如权利要求1-2任一项所述的镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构的制备方法，其特征在于：所述制备方法主要包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构的制备方法，其特征在于：点阵结构为fischer-koch点阵结构。
5.如权利要求3所述的镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构的制备方法，其特征在于：打印参数为：激光功率为300w-350w，激光扫描速度为600mm/s-800mm/s，粉末铺粉层厚为0.02mm-0.04mm，扫描间距为0.1mm-0.2mm。
6.如权利要求3所述的镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构的制备方法，其特征在于：将打印所得的镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构进行加载-卸载的压缩实验，所述压缩实验将点阵结构压缩到应变12％时停止加载，然后将压缩后的试样放入150℃硅油中进行油浴加热，当点阵结构恢复后再次对点阵结构进行压缩，如此循环50次；经过上述的加载-卸载压缩试验，镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构具有双程形状记忆效应。
7.一种减震器，其特征在于：所述减震器包括上支座板、下支座板及连接所述上支座板及所述下支座板的芯体，所述芯体为权利要求1-2任一项所述的钛铜三元形状记忆合金点阵结构。
8.如权利要求7所述的减震器，其特征在于：所述上支座板、所述下支座板由316不锈钢制作而成的，所述减震器整体采用多材料4d打印技术一体化成形。
技术总结
本发明属于增材制造相关技术领域，其公开了一种镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构及其制备方法与应用，所述镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构具有双程形状记忆效应，其由三维空间内周期性排列并相互连接的多个点阵单胞形成；所述镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构是采用镍钛铜三元形状记忆合金材料制备而成的，且其相变温度呈梯度分布。所述镍钛铜三元形状记忆合金点阵结构具有双程形状记忆效应，可以根据外界温度变化迅速做出自适应高度调整从而调节点阵结构的缓冲吸能效果和阻尼特性。
技术研发人员：文世峰,李毅,周燕,戴相龙,王晓强,李可凡,吴全龙,耿鹏,陶亚坤,谢志荣,史玉升
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23