金属间化合物的柔性制备方法及其制备设备技术

本发明专利技术涉及一种用于柔性制备金属间化合物的方法和设备，包括具有形状记忆效应的那些。所述方法和设备可以基于具有预定物理机械参数和性能的金属间化合物在现代功能和创新产品的工业生产中得到大规模应用。所述方法包括获取熔体的中间样品、测量样品的实际物理机械性能和材料特性和调节组成和/或熔炉的操作模式参数的步骤。所述设备包括测量模块(I)和用于显示和存储信息的模块(II)。用于显示和存储信息的模块(II)。用于显示和存储信息的模块(II)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属间化合物的柔性制备方法及其制备设备


[0001]本专利技术涉及一种用于柔性制备金属间化合物(包括具有形状记忆效应的那些)的方法和设备。特别地，本方明涉及一种用于使用熔炉柔性制备金属间化合物的方法和设备，其包括通过在大气环境下工作的坩埚或间歇式感应炉制备。所述方法和设备可以基于具有预定物理机械参数和性能的金属间化合物在现代功能和创新产品的工业生产中得到大规模应用。
[0002]应用领域众多且多样，具有在电力、石油和天然气的生产，在冶金、煤炭、化工、食品和其他工业中的应用实例，以产生基于新功能材料的智能设备。基于将热能(包括低温)直接转换成机械操作的材料，所谓的具有形状记忆效应的材料，特别地具有前景。

技术介绍

[0003]金属在熔融时可以相互发生化学反应以形成金属间化合物。金属之间的化合物可以具有不同的组成。已知很多基于各种金属的金属间二、三组分化合物，例如，Ti、Ni、Al、Cu、Au、Li、Na和其他金属。它们具有各种有用的性能和改进的机械、热、电、光学、磁和其他特性，使得这些材料越来越受到追求和可应用于家庭和工业。金属间化合物的实际应用通常是广泛而多样的。它们是非常强的建筑材料、半导体、超导体、制备永磁体的材料等等。金属间化合物是耐高温合金、印刷合金(typographic alloy)等的重要组分。它们的应用在未来会增加，且它们的广泛使用将主要取决于为其生产提供便宜和可靠的技术。它们的广泛应用可以在例如石油工业中的管道连接器、可伸缩移动电话天线、正畸牙齿矫正的夹板和支架的制备，玩具和趣味物品、柔性眼镜框、柔性窗框的制备，执行器、传感器、热机、起重设备等的批量生产中实施。
[0004]一些有前景的金属间化合物具有在温度变化时恢复其形状的效应或所谓形状记忆效应。这种效应的基础是材料相变的过程，这发生在物体的变形及其形状的恢复中。这种形状的变化产生了使这些金属间化合物有效地用于许多具有生物医学或技术应用的温度敏感装置备的有用的力。具有形状记忆效应的金属间化合物的化学组成为特定地应用提供了必要地转变温度和滞后幅度。这些重要参数可以通过改变组合物中涉及的组分之间的比率和/或通过向熔体中添加新元素来改变组合物中涉及的组分而进行控制。
[0005]一些众所周知和商业化的材料是镍
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钛材料、金
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镉或银
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镉材料，以及基于铜、铁和钛的材料。具有形状记忆效应的最众所周知的和研究最多的金属间化合物之一是钛镍，所谓的镍钛诺(nitinol)。然而，到目前为止，它的应用主要限于航天工业和医学。阻止在人类活动的其他领域大量使用包含钛的含镍钛诺的材料的主要因素是其高成本。这是由于昂贵的原材料以及由于需要对组成进行严格控制和钛的极高化学活性(其需要特殊的真空设备)带来的巨大困难相关的制备技术的复杂性。
[0006]铜、锰和钴基金属间化合物，以及使用更便宜和更广泛的不总是需要使用真空设备的起始组分的制备方法是已知的。一些公开出版物可以被提及。例如，SU1624039A1公开了一种包含铜、铝、锰、钴和硼的组合物。该公开强调了组合物的起始组分之间的非常准确
的关系以及它们的比率变化对具有高水平塑料变形能力的材料的热机械特性的影响。然而，没有考虑组分的意外损失，例如蒸气、不准确和临界的进料等，这可能导致显著改变所寻求的特性的其他比率。没有提供在制备过程中可以灵活地对比例和模式进行必要调整以避免报废最终化合物的手段和步骤。
[0007]SU1731859A1公开了一种来自Cu
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Al
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Mn体系的合金的热处理的方法，包括在β区加热和硬化的步骤，其中在硬化之前进行退火，并且该过程在特殊的热处理模式下进行。这种影响所得合金的特性的方法很重要但不足够，因为它对已得到的合金的特性具有非常窄的调节范围。
[0008]RU2327753C2公开了一种包含镍、钛、铌和锆的组合物。已知另一个公开出版物CN110205538，其公开了包含镍、钛、铌和铝的组合物。KR20020004731(A)公开了另一种包含钛、镍、铜和钼的组合物。此处还通过在熔融和引入另外的合金元素(例如铌)之前初步地非常准确的确定组分的重量来实现所公开的合金特性的改进。它们还缺乏在熔炼过程中确定合金特性的手段，这显著降低了该技术的效率。
[0009]RU2162900C1中描述的技术方案公开了一种使用真空感应炉生产Ni
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Ti体系的方法，其包括通过准确称量加载料的起始组分来制备原料混合物、用镍板预衬高强度石墨坩埚的壁和底部、将剩余的组分混合物放入坩埚中、在真空感应炉中熔融、保留合金并在真空下将合金注入钢、铸铁或石墨铸造模具中的步骤。该方法不适用于大规模生产基于具有形状记忆的金属间化合物的许多有用产品，例如Cu基金属间化合物，因为它涉及使用真空感应炉通过昂贵的技术制备昂贵的钛基产品。它需要对起始组分进行非常准确的测量和进料。
[0010]由US2018179620(A1)可知一种制备具有形状记忆效应的合金的方法，其包括将镍和至少一种含锗、锑、锌、镓、铅、铟、铋的组和其余钛的组中的准金属和其余的钛混合的步骤，其中熔体在700至1300℃范围内加热50至200小时。可以进行合金的老化处理以及添加铝。该方法也不适用于大规模生产具有形状记忆效应的金属间化合物基产品，因为在真空炉中使用昂贵的包含钛的产品。它需要对起始组分进行非常准确的测量和进料。
[0011]JP2004115864中公开的具有形状记忆效应的铁基合金的生产方法也需要对起始组分进行非常准确的测量和进料，而没有提供对生产过程的柔性控制。
[0012]在金属生产中已知有多种控制方法，其使制备过程更加可靠，且所获得的产品与所需的性能更接近。
[0013]由US2008302503A1可知一种通过初步地计算合金组分的量及初始的和添加的基础组分的量来适应性地在冶金炉中控制金属合金的生产的方法。该已知方法包括以下步骤：确定在炉中的熔体的量和基础组分的量；使用热化学分析和数学计算模型计算预期的物理和机械性能，例如熔体强度和收缩指数；将为了提供所需的物理机械性能向炉中和/或罐中的熔体中引入的起始组合物中的形成剂的量与组分的实际起始量进行计算比较；继续地最佳确定待添加的量和向熔体中添加计算的量。该方法的优点是该过程在单独步骤中进行，从而在预定过程限制内最佳地调整熔体组成。该方法适用于与内含的组分的初始设定值具有较小偏差的应用。该公开方法不适用于大规模生产金属间化合物的过程，尤其是以较小的量，因为它不是柔性的，并且主要取决于对使用的组分的量及其在炉中的层排列的非常准确的初始确定。随后对量的调整也应该非常精确，这大大增加了工艺的成本。此处，
铸造试样的质量和性能是通过计算和图表间接判断的，而不是通过直接验证。
[0014]大多数已知技术并未考虑所有因素。所获得的金属间化合物的真实质量特性和参数的实现只有在工艺过程完成并将熔体倒入模具之后才能确定。必须进行多次尝试以获得具有所需特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于柔性制备金属间化合物的方法，其包括以下步骤：将基于最终产品预定的物理参数和物理机械特性具有预定的量和比率的起始组分注入至熔炉中，在熔炉的预定操作模式下熔融起始组分，混合并固化所述熔体以获得金属间化合物的最终产品，其中在固化所述熔体为最终产品之前，至少一次获取至少一个所述熔体的中间样品，分析所述样品，且如有必要，在进一步混合下添加另外的量和/或组分，其特征在于：
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在获取所述样品(9)之后，进行固化所述样品(9)的步骤；
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分析所述固化样品(9)，其包括测量所述样品(9)的实际物理机械性能和材料特性；并且
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如有必要，还校正所述熔炉的操作模式参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述熔炉是在大气压下操作的炉。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述金属间化合物是具有形状记忆效应的金属间化合物，并且所述固化样品(9)和/或最终产品的测量的和/或预定的物理机械性能和特性是热机械性能和特性。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述具有形状记忆效应的金属间化合物是Cu基二元Cu
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X或多元素Cu
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X
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Y化合物，其中Y和/或X选自元素周期表的II
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VI族元素。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于至少所述熔体的校正和/或起始组分的量和类型、所述熔炉的校正和/或初始操作模式及所述固化样品(9)的相应测量的物理机械性能和特性存储在存储器(16)中，并形成工作数据库。6.用于分析根据权利要求1所述用于柔性制备金属间化合物的方法的金属间化合物的固化样品的设备，特征在于其包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：I，
申请(专利权)人：阿洛泰克有限公司，
类型：发明
国别省市：