一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种耐腐蚀Fe‑Mn‑Si‑Cr‑Ni‑Ti形状记忆合金及其制备方法，形状记忆合金的化学成分质量百分比为：Mn粉20wt.％，Si粉6wt.％，Cr粉8wt.％，Ni粉5wt.％，Ti粉0.5～2wt.％，余量为Fe粉。制备方法包括如下步骤：S1、将Fe、Mn、Si、Cr、Ni、Ti粉球磨制得150nm以细的混合粉末；S2、将所述混合粉末进行预压、放电等离子烧结，制得Fe‑Mn‑Si‑Cr‑Ni‑Ti形状记忆合金。本发明专利技术大大提高了合金的力学性能和形状记忆效应，同时Fe‑Mn‑Si‑Cr‑Ni‑Ti合金在NaOH溶液和HCl溶液中的腐蚀率大大减小，有效的控制了合金的耐腐蚀性。

A corrosion resistant Fe Mn Si Cr Ni Ti shape memory alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金及其制备方法
本专利技术涉及材料复合
，具体而言是一种形状记忆合金及其制备方法，尤其涉及一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金及其制备方法。
技术介绍
Fe-Mn-Si基形状记忆合金要想取得大范围应用不但要具有良好形状记忆效应还须满足良好的耐腐蚀性。Mn是决定所制备的Fe-Mn-Si基SMAs在加工前母相是奥氏体的主要元素，但是Mn>14.8％(wt.％)则会降低合金的耐蚀性和高温抗氧化性。在Fe-Mn-Si基合金中加入适量的Cr、Ni元素可以显著提高合金的耐腐蚀性，对合金的形状记忆效应也有明显提高[程晓敏,周小芳,吴兴文.Fe-Mn-Si基合金的形状记忆效应及腐蚀性[J].中国水运(理论版),2006(12):27-29.]，Fe–Mn-Si-Cr合金的耐腐蚀性能明显高于Fe–Mn-Si合金，在Fe–Mn-Si-Cr合金中随着铬含量的增加，其耐腐蚀性能也相应提高，尤其是在Fe-Mn-Si-Cr-Ni系基础上加入N，可大大提高合金的耐腐蚀性能[杨军,邓龙江,林元华,等.Fe-Mn-Si-Cr-Ni系形状记忆合金管接头形状记忆效应和耐腐蚀性能的研究[J].功能材料,2012,43(11):32-34.]。Ti是一种在大气、海洋环境中易形成高稳定性氧化膜的高钝态性的金属。已有的研究表明，在Fe-C-Mn-Si-Cr-Ni合金中加入Ti，明显地细化了合金的组织，提高了合金的强度，同时在高应变的条件下，合金仍能保持高的形状记忆效应[黄维刚,陆震.Fe-C-Mn-Si-Cr-Ni-Ti-RE形状记忆合金的组织与性能[J].金属热处理,2005(05):46-49.]。其次在耐腐蚀方面Ti对中碳高强度弹簧钢在盐雾腐蚀环境下对基体起了很好的保护作用，随合金元素Ti的提高,实验钢就越表现出较好的耐腐蚀性能[王轩,陈银莉.合金元素Cu、Ni、Ti对中碳高强度弹簧钢耐腐蚀性能的影响[C].中国金属学会.第十一届中国钢铁年会论文集——S06.钢铁材料.中国金属学会:中国金属学会,2017:191-195.]。目前Fe-Mn-Si-Cr-Ni形状记忆合金主要应用于大型管道接头以及轨道连接板，使得对耐腐蚀有着很高的要求,Ti元素可通过细晶强化来提高Fe-Mn-Si-Cr-Ni的形状记忆效应，同时Ti元素能够优先和Fe-Mn-Si-Cr-Ni合金中的C元素结合，形成TiC化合物，有效的降低了材料晶间腐蚀的敏感性能,为此，能够控制Ti的添加量开发一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金显得尤为重要。
技术实现思路
根据上述技术问题，而提供一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金及其制备方法。本专利技术采用的技术手段如下：一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金，其化学成分质量百分比为：Mn粉20wt.％，Si粉6wt.％，Cr粉8wt.％，Ni粉5wt.％，Ti粉0.5～2wt.％，余量为Fe粉。本专利技术还公开了一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金的制备方法，包括如下步骤：S1、将Fe、Mn、Si、Cr、Ni、Ti粉装入球磨罐中，加入磨球进行混合球磨，制得150nm以细的混合粉末，且Mn、Si、Cr、Ni、Ti、Fe的质量百分比为：Mn粉20wt.％，Si粉6wt.％，Cr粉8wt.％，Ni粉5wt.％，Ti粉0.5～2wt.％，余量为Fe粉；S2、将所述混合粉末进行预压得到样品；将所述样品装入石墨模具中进行放电等离子烧结，制得Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金。进一步地，所述Fe粉的纯度＞99％，粒度为44～149μm；进一步地，所述Mn粉的纯度>99.5，粒度为44～149μm；进一步地，所述Si粉的纯度＞99.999％，粒度为37～149μm；进一步地，所述Cr粉的纯度＞99.5％，粒度为5μm；进一步地，所述Ni粉的纯度＞99.9％，粒度为1～3μm；进一步地，所述Ti粉的纯度＞99.5％，粒度为<30μm；进一步地，在所述步骤S1中的球磨过程中，球、料质量比为20:1，转速为600r/min，球磨20～90h，且在球磨过程中每球磨60min停30min。进一步地，在所述步骤S1中的球磨过程中，每10g的粉末中加入0.5mL的分散剂。进一步地，所述分散剂为分析纯≥99.7％的工业乙醇。进一步地，在所述步骤S1和S2的球磨过程中均采用直径为10mm的磨球。进一步地，在所述步骤S2中的预压过程中，预压压力为300～500MPa，预压时间为30s。进一步地，在所述步骤S2中放电等离子烧结过程为：首先，对样品施加压力至50MPa，真空度为40Pa；然后，将样品加热到800～1000℃，保温5～60min，升温速率为50℃/min，之后随炉冷却，制得Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：针对目前Fe-Mn-Si-Cr-Ni系用真空熔炼工艺制备，这很难克服成分偏析、Si难以掺入熔体、熔炼和热处理过程中Mn的损失、长时间的均匀化处理、凝固过程中冷却收缩引起的裂纹以及耐腐蚀性差等现有技术的不足，本专利技术通过机械合金化法将高纯度Fe、Mn、Si、Cr、Ni、Ti元素粉末进行混合，采用放电等离子烧结(SPS)制备耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金。利用高能球磨在固态下获得Fe、Mn、Si、Cr、Ni、Ti元素粉末的细微组织和均匀混合物，增加合金元素在铁基体中的固态溶解度并合成非平衡相，后续通过SPS快速升温烧结获得晶粒均一的奥氏体组织，有效防止烧结过程中Mn元素的挥发，大大提高了合金的力学性能和形状记忆效应，同时添加一定含量的Ti元素后使得Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti合金在NaOH溶液和HCl溶液中的腐蚀率大大减小，有效的控制了合金的耐腐蚀性。基于上述理由本专利技术可在记忆合金等领域广泛推广。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的步骤的相对布置不限制本专利技术的范围。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任项具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金，其化学成分质量百本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金，其特征在于：化学成分质量百分比为：Mn粉20wt.％，Si粉6wt.％，Cr粉8wt.％，Ni粉5wt.％，Ti粉0.5～2wt.％，余量为Fe粉。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金，其特征在于：化学成分质量百分比为：Mn粉20wt.％，Si粉6wt.％，Cr粉8wt.％，Ni粉5wt.％，Ti粉0.5～2wt.％，余量为Fe粉。


2.一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将Fe、Mn、Si、Cr、Ni、Ti粉装入球磨罐中，加入磨球进行混合球磨，制得150nm以细的混合粉末，且Mn、Si、Cr、Ni、Ti、Fe的质量百分比为：Mn粉20wt.％，Si粉6wt.％，Cr粉8wt.％，Ni粉5wt.％，Ti粉0.5～2wt.％，余量为Fe粉；
S2、将所述混合粉末进行预压得到样品；将所述样品装入石墨模具中进行放电等离子烧结，制得Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金。


3.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金的制备方法，其特征在于：
所述Fe粉的纯度＞99％，粒度为44～149μm；
所述Mn粉的纯度>99.5，粒度为44～149μm；
所述Si粉的纯度＞99.999％，粒度为37～149μm；
所述Cr粉的纯度＞99.5％，粒度为5μm；
所述Ni粉的纯度＞99.9％，粒度为1～3μm；
所述Ti粉的纯度＞99.5％，粒度为<30μm。


4.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳国，邹芹，王明智，党赏，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13