一种通过粉末烧结来抑制γ相比例的Ni-Mn-Ga记忆合金的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种通过粉末烧结来抑制γ相比例的Ni‑Mn‑Ga记忆合金的制备方法，该方法为按照原子百分比取57‑59份Ni粉、25份Mn粉和16‑18份Ga粉通过机械搅拌混合均匀后进行球磨，所得粉末于石墨磨具中通过真空粉末烧结制备得Ni57+xMn25Ga18‑x(X＝0,1,2)记忆合金。本发明专利技术涉及的方法为高温、高形状记忆效应的形状记忆合金的应用拓展了思路，所制得的Ni57+xMn25Ga18‑x(X＝0,1,2)记忆合金具有马氏体相变温度高、形状记忆效应大等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种通过粉末烧结来抑制γ相比例的Ni-Mn-Ga记忆合金的制备方法
本专利技术涉及记忆合金制备领域，尤其是一种通过粉末烧结来抑制γ相比例的Ni-Mn-Ga记忆合金的制备方法。
技术介绍
形状记忆合金因其具有独特的形状记忆效应和超弹性而在航空航天、机械、医学等诸多领域有着广阔的应用前景。目前，已发现TiNi基、Cu基、Fe基等多种形状的记忆合金，进入实际应用的主要是Ti-Ni合金，但其马氏体相变温度低于120℃，而在相当多的情况下，如防火系统、电流过载保护、航空发动机以及核反应堆中的驱动装置的工作温度均高于200℃；因此，发展高温记忆合金一直是形状记忆合金领域的重点方向之一。目前研究较多的高温形状记忆合金主要有：Ti-Ni-X(X＝Pt，Pd，Au，Hf，Zr)基、Cu-Al基、Ni-Al基、Ni-Mn基、CoNiGa基高温形状记忆合金，Ta-Ru和Nb-Ru高温形状记忆合金以及Ti-Ta和Ti-Nb基高温形状记忆合金。Ti-Ni-X基合金虽具有较好的综合性能，但其添加元素多为贵金属，昂贵的价格严重制约了其实际应用；Cu-Al基合金虽然生产工艺简单，但冷热加工性能和热稳定性均较差；Ni-Al基合金虽具有良好的抗高温氧化性和导热性，但其室温脆性大，且加热时析出Ni5Al3相急剧恶化形状记忆效应，一直是其难以逾越的瓶颈；Ta-Ru和Nb-Ru高温记忆合金相变温度可超过1000℃，但其价格昂贵、加工成型困难、高温热稳定性不足；Ti-Ta和Ti-Nb合金虽具有优异的塑性和良好的可加工性，但其相变温度和形状记忆效应在冷热循环过程中衰减严重，且热稳定性差。研究发现，通过适当的改变Ni-Mn-Ga合金中各元素的化学当量，合金的马氏体相变温度可以在很宽的范围内调节。将Ni含量从52at％升高到57at％，马氏体相变温度从39℃升高到440℃，逆相变温度从50℃升高到520℃；在继续增加Ni含量合金的马氏体晶格参数和马氏体相变温度几乎不改变，同时还具有良好的相变稳定性。值得注意的是，为了获得高的相变温度，就要显著提高合金的Ni含量，同时导致在基体中析出大量面心立方γ相；这虽然可显著改善Ni-Mn-Ga合金的脆性，但由于γ相不参与马氏体相变，γ相的尺寸、形状和分布都将对马氏体相变及马氏体孪晶变体的再取向产生较大的影响，因而造成合金的形状记忆效应的显著下降。所以如何提高合金的强度、降低脆性、改善合金机械性能、获得高温形状记忆合金，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
为解决针对Ni-Mn-Ga系合金作为高温形状记忆合金应用中的关键性瓶颈：在改善合金脆性的同时保持良好的形状记忆效应的问题，本专利技术提供了一种通过粉末烧结来抑制γ相比例以提高形状记忆效应的Ni-Mn-Ga记忆合金的制备方法。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案是：一种通过粉末烧结来抑制γ相比例的Ni-Mn-Ga记忆合金的制备方法，包括以下步骤：按照原子百分比取57-59份Ni粉、25份Mn粉和16-18份Ga粉通过机械搅拌混合均匀后进行球磨，所得粉末于石墨磨具中通过真空粉末烧结制备得Ni-Mn-Ga记忆合金。进一步的，所述真空粉末烧结的烧结温度为1300℃-1500℃，烧结时间为8-10分钟，烧结压力为150-200公斤，真空度为10-3-10-4Pa。进一步的，所述Ni粉、Mn粉和Ga粉的放置顺序为首先为Ga粉，其次为Mn粉，最后为Ni粉。进一步的，所述Ni粉、Mn粉和Ga粉为直径170目-230目的颗粒。进一步的，所述球磨需要进行12-20小时，获取混合均匀并且晶粒度控制在100微米以内的粉末。本专利技术另一个目的请求保护上述方法制备的Ni-Mn-Ga记忆合金，其特征在于，该记忆合金为Ni57+xMn25Ga18-x，其中X＝0,1,2。热压材料致密化的过程包括塑性流动、粘性流动和扩散与蠕变，当以塑性和粘性流动成为主导致密机制时，粉末体得以快速致密化，并得到可控的显微结构。热压法的优势在于设备投资小，虽然压力较等静压低一个数量级，但由于热压机内承压材料可以变细，从而限制了纵向热流，改善了工件温度场的均匀性，大大降低了能耗，可以制备大直径的材料，能够以IT技术测控热压机，有效的控制材料的致密化过程及质量。热压烧结是利用热能与机械能将制品致密化的过程。此过程的优点是烧结温度可依外加压力的大小而比常压烧结低约200℃—400℃，同时外加的能量使得制品致密化的速度加快，因此完全致密且晶粒细致的制品可在较低的温度及较短的时间内完成；本专利技术采用的真空热压烧结，由于热压过程中保持有较高的真空度，能够进一步有效地降低制品的烧结温度并高效排除微小气孔中的气体，从而进一步的促进热压材料的致密化过程。采用本专利技术方法制备的Ni57+xMn25Ga18-x(X＝0,1,2)记忆合金晶体结构室温为T型马氏体结构，而γ相数量和大小比熔炼制备的记忆合金减少了50-100％，合金的马氏体相变温度比熔炼制备的同成分合金略有降低；形状记忆效应提高了50-200％，合金经10％预压缩后其形状记忆效应高达5.6％，而现有的Ni-Mn-Ga合金达不到该效果。因此通过粉末烧结的方法制备Ni57+xMn25Ga18-x(X＝0,1,2)记忆合金的研制将对材料的应用和拓展开辟一条新的道路。附图说明图1为本专利技术制备的Ni57+xMn25Ga18-x(X＝0,1,2)记忆合金的光学显微照片，其中a)图是合金中X＝0的合金的光学显微照片，b)图是合金中X＝1的合金的光学显微照片，c)图是合金中X＝2的合金的光学显微照片；图2为本专利技术制备的Ni57+xMn25Ga18-x(X＝0,1,2)记忆合金的XRD图谱；图3为本专利技术制备的Ni57+xMn25Ga18-x(X＝0,1,2)记忆合金的DSC图谱,其中曲线1为X＝0的合金的DSC的加热曲线，曲线2为X＝1的合金的DSC的加热曲线，曲线3为X＝2的合金的DSC的加热曲线，曲线4为X＝0的合金的DSC的冷却曲线，曲线5为X＝1的合金的DSC的冷却曲线，曲线6为X＝2的合金的DSC的冷却曲线；图4为本专利技术制备的Ni57+xMn25Ga18-x(X＝0,1,2)记忆合金的形状记忆效应的测试曲线，其中a)图是合金中X＝0的合金的形状记忆效应的测试曲线，b)图是合金中X＝1的合金的形状记忆效应的测试曲线，c)图是合金中X＝2的合金的形状记忆效应的测试曲线；图5为熔炼制备的Ni-Mn-Ga合金的光学显微照片，其中图(a)是熔炼制备的Ni57Mn25Ga18合金的光学显微照片，(b)是熔炼制备的Ni58Mn25Ga17合金的光学显微照片，(c)是熔炼制备的Ni59Mn25Ga16合金的光学显微照片；图中白色组织为γ相，从图(a)中可以看出γ相分布在晶内和晶界，从图(b)中明显看出，随着Ni含量的增加γ相的数量和大小都增加，并且当Ni含量为59时，合金中γ相已经粗化并且连成骨架，难以看到马氏体基体。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。真空粉末烧结设备购自于日本助友石炭株式会社。实施例1本实施例通过粉末烧结来抑制γ相比例的Ni-Mn-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过粉末烧结来抑制γ相比例的Ni‑Mn‑Ga记忆合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照原子百分比取57‑59份Ni粉、25份Mn粉和16‑18份Ga粉通过机械搅拌混合均匀后进行球磨，所得粉末于石墨磨具中通过真空粉末烧结制备得Ni‑Mn‑Ga记忆合金。

【技术特征摘要】
1.一种通过粉末烧结来抑制γ相比例的Ni-Mn-Ga记忆合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照原子百分比取57-59份Ni粉、25份Mn粉和16-18份Ga粉通过机械搅拌混合均匀后进行球磨，所得粉末于石墨磨具中通过真空粉末烧结制备得Ni-Mn-Ga记忆合金。2.根据权利要求1所述的一种通过粉末烧结来抑制γ相比例的Ni-Mn-Ga记忆合金的制备方法，其特征在于，所述真空粉末烧结的烧结温度为1300℃-1500℃，烧结时间为8-10分钟，烧结压力为150-200公斤，真空度为10-3-10-4Pa。3.根据权利要求1所述的一种通过粉末烧结来抑制γ相比例的Ni-Mn-Ga记忆合金的...

【专利技术属性】
技术研发人员：董桂馥，吴蒙华，王珍，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21