一种提高钴镍基合金形状记忆效应的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高钴镍基合金形状记忆效应的方法，属形状记忆合金领域。所述钴镍基合金含有Co、Ni和Si元素，合金中各元素的重量百分比含量为：Ni 12~32%，Si 4~8%，C 0~0.2%，N 0~0.2%，余为Co和不可避免的杂质。方法的具体步骤包括：（1）首先，将钴镍基合金在1100℃~1300℃处理10分钟~5小时，随后淬火至液态冷却介质中；（2）然后，将钴镍基合金在高于L1

【技术实现步骤摘要】
一种提高钴镍基合金形状记忆效应的方法
本专利技术涉及形状记忆合金领域，具体涉及一种提高钴镍基合金形状记忆效应的方法。
技术介绍
形状记忆合金因其独特的形状记忆效应而在航空航天、机械化工和生物医疗等领域有着广阔的应用前景。钴镍基形状记忆合金的形状记忆效应源于面心立方母相转变为密排六方马氏体相变及其逆相变。此外，该类合金中面心立方母相和密排六方马氏体均是铁磁性，因此其还有望成为拥有磁性和形状记忆效应的双功能合金。然而，固溶态钴镍基合金的形状记忆效应差，最大可恢复应变低于4.5%（MaterialsScienceandEngineeringA,2006,438-440:468-471;MaterialsScienceandEngineeringA,2015,639:456-464;JournalofAlloysandCompounds,2019,791:501-507）。此外，训练（MaterialsScienceandEngineeringA,2014,618:41-45）、高温预变形（MetallurgicalandMaterialsTransactionsA,2015,46:1550-1555）和热机械处理（MetallurgicalandMaterialsTransactionsA,2019,50:3061-3069）均不能显著改善钴镍基合金的形状记忆效应，且经上述方法处理的钴镍基合金的最大可恢复应变均低于4.5%。同时，上述方法均存在变形过程，增加了制备成本，且不适用于复杂零件的处理。因此，如何提高钴镍基合金的形状记忆效应是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种提高钴镍基合金形状记忆效应的方法。所述钴镍基合金含有Co、Ni和Si元素，合金中各元素的重量百分比含量为：Ni12~32%，Si4~8%，C0~0.2%，N0~0.2%，余为Co和不可避免的杂质。提高上述钴镍基合金形状记忆效应的具体步骤包括：（1）首先，将钴镍基合金在1100℃~1300℃处理10分钟~5小时，随后淬火至液态冷却介质中。在低于1000℃时，钴镍基合金将有L12结构相析出，而该相的析出将显著恶化钴镍基合金的形状记忆效应。据此，上述处理工艺中淬火是为了抑制高温处理后冷却过程中L12结构相的析出。此外，高密度的堆垛层错有利于提高钴镍基合金的形状记忆效应。因此，淬火的另一个目的是引入高密度的堆垛层错和位错，为后续热处理做准备。（2）然后，将钴镍基合金在高于L12结构相析出上限温度且不高于1000℃处理10秒~30分钟，随后空冷至室温或淬火至液态冷却介质中。上述处理工艺有三个目的：一个是为了消除步骤（1）未能抑制析出的L12结构相；另一个是将步骤（1）引入的高密度位错分解为堆垛层错，进一步提高堆垛层错的密度；堆垛层错的数量在较高温度和较长时间处理后容易显著减少，因此上述处理工艺的最后一个目的是为了让位错完全分解为堆垛层错的同时避免堆垛层错密度的降低。为了获得最佳的形状记忆效应，所述钴镍基合金中各元素的重量百分比含量为：Ni15~27%，Si5~6%，余为Co和不可避免的杂质；具体步骤最好为：（1）首先，将钴镍基合金最好在1200℃~1250℃处理1小时~3小时，该处理工艺更有利于高密度堆垛层错和位错的引入；（2）然后，将钴镍基合金最好在高于L12结构相析出上限温度且不高于900℃处理1分钟~5分钟；液态冷却介质为水或盐水或液态金属，其中液态金属的温度不高于200℃；L12结构相析出上限温度最好低于750℃，此时由于原子扩散速度显著降低，更能有效避免L12结构相的析出。本专利技术具有如下优点：（1）能显著提高钴镍基合金的形状记忆效应，效果明显；（2）简单常规设备就能完成制备过程；（3）与高温预变形、训练和热机械处理相比，方法简单，没有变形加工过程，成本降低，且适合形状复杂零件。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。值得指出的是，给出的实施例不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述本专利技术的内容对本专利技术做出的一些非本质的改进和调整仍应属于本专利技术保护范围。对比例1至5和实施例1至7选取的钴镍基合金的各元素的重量百分比为：Ni19.9%，Si5.9%，余为Co和不可避免的杂质。该合金中L12结构相的上限析出温度为650℃。因此，在高于650℃处理时该合金中不会有L12结构相析出，且预先存在的L12结构相也将溶解。采用弯曲变形法表征合金的形状记忆效应。对比例1和2表明：1200℃处理后采用空冷将有L12结构相析出，而采用水冷则没有L12结构相析出。此时，前者室温变形5.6%的形状恢复率显著低于后者。这表明L12结构相析出将恶化合金的形状记忆效应。对比例3和4表明：经过步骤（1）的1200℃水冷处理后，在600℃（低于L12结构相的上限析出温度）处理会有L12结构相析出，这将导致合金形状记忆效应的显著恶化。实施例1至7表明：经过步骤（1）的1200℃水冷处理后，在700℃（高于L12结构相的上限析出温度）至1000℃处理均能显著提高合金的形状恢复率，尤其是经800℃~1000℃处理30秒至5分钟。对比例5说明：在800℃处理时，虽然没有L12结构相析出，但处理时间过长将导致堆垛层错数量显著减少，此时不能获得理想的形状记忆效应。此外，实施例3在室温变形时的最大可恢复应变可达5.1%，显著高于现有钴镍基合金的最大可恢复应变。综上，表1的结果清楚地表明本专利技术能显著提高钴镍基合金的形状记忆效应。表1对比例1至5和实施例1至7的处理方法和有无L12结构相及形状恢复率对比例6至8和实施例8至14选取的钴镍基合金的各元素的重量百分比为：Ni23.9%，Si5.6%，余为Co和不可避免的杂质。该合金中L12结构相的上限析出温度为710℃。因此，在高于710℃处理时该合金中不会有L12结构相析出，且预先存在的L12结构相也将溶解。采用弯曲变形法表征合金的形状记忆效应。对比例6和7表明：1200℃处理后采用空冷将有L12结构相析出，而采用水冷则没有L12结构相析出。此时，前者室温变形5.6%的形状恢复率显著低于后者。这表明L12结构相析出将恶化合金的形状记忆效应。对比例8表明：经过步骤（1）的1200℃水冷处理后，在600℃（低于L12结构相的上限析出温度）处理就会有L12结构相析出，这将导致合金形状记忆效应的显著恶化。实施例8至14表明：经过步骤（1）的1200℃水冷处理后，在750℃（高于L12结构相的上限析出温度）至1000℃处理均能显著提高合金的形状恢复率，尤其是经800℃处理1分钟；在800℃处理1分钟后，采用100℃液态金属冷却比水冷更能有效提高合金的形状恢复率。此外，实施例9在室温变形时的最大可恢复应变可达5.0%，而在液氮温度变形时最大可恢复应变可达7.1%，显著高于现有钴镍基合金的最大可恢复应变。综上，表2的结果清楚地表明本专利技术能显著提高钴镍基合金的形状记忆效应。表2对比例6至8和实施例8至14的处理方法和有无L12结构相及形状恢复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高钴镍基合金形状记忆效应的方法，其特征在于，所述钴镍基合金含有Co、Ni和Si元素，合金中各元素的重量百分比含量为：Ni 12~32%，Si 4~8%，C 0~0.2%，N 0~0.2%，余为Co和不可避免的杂质；具体步骤包括：（1）首先，将钴镍基合金在1100℃~1300℃处理10分钟~5小时，随后淬火至液态冷却介质中；（2）然后，将钴镍基合金在高于L1

【技术特征摘要】
1.一种提高钴镍基合金形状记忆效应的方法，其特征在于，所述钴镍基合金含有Co、Ni和Si元素，合金中各元素的重量百分比含量为：Ni12~32%，Si4~8%，C0~0.2%，N0~0.2%，余为Co和不可避免的杂质；具体步骤包括：（1）首先，将钴镍基合金在1100℃~1300℃处理10分钟~5小时，随后淬火至液态冷却介质中；（2）然后，将钴镍基合金在高于L12结构相析出上限温度且不高于1000℃处理10秒~30分钟，随后空冷至室温或淬火至液态冷却介质中。


2.根据权利要求1所述的一种提高钴镍基合金形状记忆效应的方法，其特征在于，所述钴镍基合金中各元素的重量百分比含量为：Ni15~27%，Si5~6%，余为Co和不可避免的杂质。


3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭华备，王点，廖琪，文玉华，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51