一种高强度、高塑性Ni-Mn-Ga-Nb记忆合金的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度、高塑性Ni‑Mn‑Ga‑Nb记忆合金的制备方法，该方法为：按照原子百分比取料、抽真空、熔炼、加Mn元素继续熔炼、清洗、保温、淬入水中进行均匀化处理，然后改变时效温度和时效时间，即得到时效Ni53Mn25Ga21Nb1合金。本发明专利技术制备的Ni53Mn25Ga21Nb1合金具有韧性好、强度大等优点。本发明专利技术方法操作简单、制备的合金性能稳定，为高强度和高塑性形状记忆合金的领域拓展了新思路。

A kind of high strength and high plasticity Ni Mn Ga Nb memory alloy preparation method

The invention relates to a method for preparing high strength and high plasticity Ni Mn Ga Nb memory alloy, the method is as follows: according to the atomic percentage of reclaimer, vacuum pumping, melting, melting, adding Mn element to cleaning, heat preservation, water quenched into the homogenization treatment, and then change the aging temperature and aging time that is, by aging Ni53Mn25Ga21Nb1 alloy. The Ni53Mn25Ga21Nb1 alloy prepared by the invention has the advantages of good toughness and high strength. The method of the invention is simple in operation and stable in the properties of the prepared alloy, so as to expand the new idea for the field of high strength and high plasticity shape memory alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度、高塑性Ni-Mn-Ga-Nb记忆合金的制备方法
本专利技术涉及一种高强度、高塑性Ni-Mn-Ga-Nb记忆合金制备方法。
技术介绍
Ni-Mn-Ga形状记忆合金是一类新型智能铁磁性形状记忆材料，兼有热弹性马氏体相变和铁磁性转变，不但具有传统形状记忆合金受温度场控制的形状记忆效应，而且还可在磁场作用下产生形状记忆效应。其磁控形状记忆效应的响应频率接近压电陶瓷，输出应变接近传统的温控形状记忆合金，是一种极具工程应用前景的智能材料。因其独特的特点使其在驱动器和传感器方面也得以广泛应用。但是，Ni-Mn-Ga块体材料尚存在脆性大、强度低和恢复力小等缺点，极大地限制了该材料的工程应用及其发展。这些成为磁驱动记忆合金应用和发展的主要瓶颈。所以如何提高合金的强度，降低脆性，改善合金机械性能，获得大的磁熵变和巨磁阻效应，已成为记忆合金应用和发展的主要研究方向。
技术实现思路
为了解决现有NiMnGa合金脆性大，强度低和恢复力小等缺点，我们采取时效的方法来增大合金的强度并增加塑性。通过改变时效温度和时间，来提供一种新型的高强度、高塑性Ni53Mn25Ga21Nb1记忆合金的制备方法。专利技术人利用真空中频感应熔炼炉制备出的高强度Ni53Mn25Ga21Nb1合金，然后对其进行时效处理，发现合金的断裂强度和断裂应变随着时效温度的增加而呈现先增大后减少的趋势，当时效温度达到700℃时合金的断裂强度高达3827MPa；当时效温度达到600℃时合金的断裂应变高达18.9％，这是在NiMnGa合金中从未导报过的，这可成为记忆合金应用和发展的一种新材料。因此形状记忆时效合金Ni53Mn25Ga21Nb1的研制将对材料的应用和的拓展开辟一条新的道路。本专利技术的形状记忆合金按如下方法进行制备：(1)按照原子百分比取53份Ni、25份Mn、21份Ga和1份Nb放入真空中频感应熔炼炉中，按照以下顺序依次放置原料：首先放置Nb，随后放置Ni，最后放入Ga，由于Mn元素的高挥发性，加料时先将Mn放在真空中频感应熔炼炉合金加料装置中备用，关闭侧炉门；(2)熔炼前，抽真空到6.67×10-3-10×10-3Pa，再充入惰气至1-0.2Pa，开始熔炼，控制熔炼功率350-500Kw。由于中频感应自身的熔炼原理，融化后的金属液体就会在电磁场的作用下流动搅拌，当被融化的金属液体被充分混匀后最后加入Mn，3-5min后将合金液体倒入模具中，得到试样，待其冷却取出；(3)将试样经线切割和机械抛光去除表面杂质，清洗后封入真空度为10-1Pa的石英管中，在1000℃的条件下保温5小时，再淬入冰水中进行均匀化处理；随后利用线切割将样品切成小柱和的小片，于500-800℃进行0.5-5h的时效处理，即得到高强度、高塑性Ni53Mn25Ga21Nb1形状记忆合金。进一步的，所述步骤(2)中惰气为高纯氩气。进一步的，所述步骤(3)中采用丙酮清洗试样。进一步的，所述抽真空使用设备可以是机械泵或罗茨泵。真空中频感应熔炼炉是在真空条件下利用电磁感应在金属导体内产生涡流加热炉料来进行熔炼的方法。具有熔炼体积小，抽真空时间和熔炼周期短，便于温度压力控制、易于回收易挥发元素和成分控制准确等特点。由于Mn元素饱和蒸气压较高，易挥发，在现有制备方法中，Mn的挥发量不易控制，无法精确合金中Mn的含量，专利技术人采用首先放置Hf，再放Ni，随后放入Ga，最后放入Mn的加料方式，解决了成分含量精确控制的问题。本专利技术方法制备出的形状记忆合金Ni53Mn25Ga21Nb1不同于采用真空非自耗熔炼炉制备的Ni-Mn-Ga合金，而且与之相比具有断裂强度高、韧性大等优点，经过时效处理后的Ni53Mn25Ga21Nb1合金断裂强度增加，断裂应变增加。本专利技术方法操作简单、制备的合金性能稳定，为高强度和高塑性形状记忆合金的领域拓展了新思路。附图说明图1为本专利技术实施例2制备的高强度、高塑性Ni53Mn25Ga21Nb1合金的光学显微照片；其中(a)是未经时效处理后的光学显微照片，(b)是合金经500℃/3h时效处理后的光学显微照片，(c)是合金经600℃/3h时效处理后的光学显微照片，(d)图是合金经700℃/3h时效处理后的光学显微照片，(e)图是合金经800℃/3h时效处理后的光学显微照片；图2为本专利技术实施例3制备的高塑性、高强度Ni53Mn25Ga21Nb1合金的光学显微照片，(a)图是合金经700℃/0.5h时效处理后的光学显微照片，(b)图是合金经700℃/1h时效处理后的光学显微照片，(c)图是合金经700℃/3h时效处理后的光学显微照片，(d)图是合金经700℃/5h时效处理后的光学显微照片；图3为本专利技术实施例2制备的高强度、高塑性Ni53Mn25Ga21Nb1记忆合金经700℃/3h时效处理后的的室温压缩应力和应变曲线；图4为本专利技术实施例2制备的高强度、高塑性Ni53Mn25Ga21Nb1记忆合金经不同时效温度时效处理后合金的断裂应力变化情况；图5为本专利技术实施例2制备的高强度、高塑性Ni53Mn25Ga21Nb1记忆合金经不同时效温度时效处理后合金的断裂应变变化情况；图6为本专利技术实施例3超高强度Ni53Mn25Ga21Nb1记忆合金经700℃不同时间时效处理后合金的断裂强度变化情况；图7为本专利技术实施例3超高强度Ni53Mn25Ga21Nb1记忆合金经700℃不同时间时效处理后合金的断裂应变变化情况。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进一步详细描述，但不限制本专利技术的保护范围。如无特殊说明，本专利技术所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从化学公司购买。真空中频感应熔炼炉购自于上海晨光电炉有限公司。实施例1本实施方式的高强度、高塑性Ni53Mn25Ga21Nb1记忆合金的制备方法按如下方法进行制备：按照原子百分比取53份Ni、25份Mn、21份Ga和1份Nb放入真空中频感应熔炼炉中，按照以下顺序依次放置原料：首先放置稀有元素Nb，随后放置Ni，最后放Ga，将Mn放在熔炼炉中备用，关闭侧炉门。熔炼前，采用机械泵、罗茨泵抽真空到6.67×10-3Pa，再充入高纯氩气到0.5Pa。开始熔炼，控制熔炼功率在350-500Kw之间。当被融化的金属液体被充分混匀后最后加入Mn，3-5min将合金液体倒入棒状模具中，得到Φ12mm×60mm的棒状试样，待其冷却取出。试验材料经线切割和机械抛光去除表面杂质，用丙酮清洗后封入真空度为10-1Pa的石英管中，在1000℃的条件下保温5小时，再淬入冰水中进行均匀化处理，随后利用线切割将样品切成Φ5mm×7.5mm的小柱和Φ5mm×2mm的小片，分别将其进行500℃/3h、600℃/3h、700℃/3h、800℃/3h和700℃/0.5h、700℃/1h、700℃/3h和700℃/5h的时效处理，即得到新型的高强度、高塑性Ni53Mn25Ga21Nb1形状记忆合金。实施例2本实施例的高强度、高塑性Ni53Mn25Ga21Nb1记忆合金与实施例1的区别在于，改变时效温度和时效时间来进行，固定时效时间为3小时。具体的步骤如下：分别将样品加热到500℃、600℃、700℃和800℃保温3小时再淬入水中，即得到高强度、高塑性Ni53Mn25Ga21Nb本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度、高塑性Ni‑Mn‑Ga‑Nb记忆合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照原子百分比取53份Ni、25份Mn、21份Ga和1份Nb放入真空中频感应熔炼炉中，按照以下顺序依次放置原料：首先放置Nb，随后放置Ni，最后放入Ga，将Mn暂时放在熔炼炉合金加料装置中备用；(2)熔炼前，抽真空到6.67×10

【技术特征摘要】
1.一种高强度、高塑性Ni-Mn-Ga-Nb记忆合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照原子百分比取53份Ni、25份Mn、21份Ga和1份Nb放入真空中频感应熔炼炉中，按照以下顺序依次放置原料：首先放置Nb，随后放置Ni，最后放入Ga，将Mn暂时放在熔炼炉合金加料装置中备用；(2)熔炼前，抽真空到6.67×10-3-10×10-3Pa，再充入惰气至1-0.2Pa，开始熔炼，控制熔炼功率350-500Kw，当被融化的金属液体Ni、Ga、Nb被充分混匀后最后加入Mn，3-5min将合金液体倒入模具中，得到试样，待其冷却取出；(3)将试样经线切割和机械抛光去除表面杂质，清洗后封入真空度为10-1Pa的石英管中，在1000℃的条件下保温5小时，再淬入冰水中进行均匀化...

【专利技术属性】
技术研发人员：董桂馥，马春荣，邱春龙，苏康，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21