一种高弹热效应块体Co-V-Ga-Mn基记忆合金及其制备方法技术

一种高弹热效应块体Co

【技术实现步骤摘要】
一种高弹热效应块体Co
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V
‑
Ga
‑
Mn基记忆合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于固态弹热制冷材料
，具体涉及一种高弹热效应块体Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn基记忆合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着环境问题和能源危机的日趋严重，传统蒸汽压缩制冷的方式已经越来越不合时宜，因为其自身工作效率低、环境污染问题以及噪音大等缺点已经无法满足未来绿色发展的主题。所以目前我们急需一种新型的、低能耗和无污染的清洁制冷方式的出现。美国能源部在2014年提出了一份关于新型制冷方式的评估报告，在其列出的17种制冷方式中，弹热制冷是未来最具潜力的能够取代传统蒸汽压缩的制冷方式。而这种制冷工质为固态的相变制冷材料，尤其以基于应力诱发或温度诱发的马氏体相变的形状记忆合金(SMAs)的弹热制冷为研究热点。同时衡量弹热制冷材料的弹热效应好坏的指标主要是等温熵变和绝热温变。弹热制冷的具体工作原理主要体现为加载放热和卸载吸热，在施加单轴应力的同时能够保证合金可以释放出热并能够完成循环吸放热的情况下，毫无疑问卸载吸热是更为重要的。因此我们重点关注合金卸载后的绝热温变，它直接体现了合金材料弹热制冷的能力。
[0003]目前为止，形状记忆合金弹热材料的大范围发展已经取得了不错的效果。2017年Xu等人首次报道了Co
‑
V
‑
Ga合金的马氏体相变行为，通过热分析和热磁测量表征了马氏体相变，同时利用TEM和原位X射线衍射仪确定了马氏体相变是由立方L21奥氏体母相转变为四方DO
22
马氏体相的。但是Co
‑
V
‑
Ga基记忆合金的弹热材料还存在一些问题，目前Co
‑
V
‑
Ga合金存在的问题主要是：合金种类单一；制备方法大多采用定向凝固法导致合金制备成本高昂，不适宜规模化生产；在保证绝热温变的同时合金的力学性能得不到保证(合金的断裂强度较低)等。2022年Su等人报道了Co
50.7
Fe
0.3
V
34
Ga
15
块状多晶合金在600MPa单轴应力下得到了
‑
9.5K的卸载绝热温变，但其合金的断裂强度仅为1500MPa。2022年Liu等人报道了Co
51.6
V
31.4
Ga
17
定向凝固合金在400MPa单轴应力下获得了
‑
10.3K的卸载绝热温变，其合金的力学性能没有描述(合金的断裂强度未知)。
[0004]因此，关于Co
‑
V
‑
Ga合金的弹热制冷材料，在采用块状多晶合金制备条件下，保证高弹热效应的基础上提高其综合力学性能尤为重要，合金拥有强力学性能才能保证其稳定的超弹性。

技术实现思路

[0005]本专利技术是要解决现有技术中存在的合金弹热制冷应用种类单一、制备成本高昂、合金综合力学性能差等问题，而提供一种高弹热效应块体Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn基记忆合金及其制备方法。
[0006]本专利技术提出了一种高弹热效应块体Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn基记忆合金，其化学通式为Co
51.7
V
31.3
Ga
17
‑
x
Mn
x
，0<x<3。
[0007]上述一种高弹热效应块体Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn基记忆合金的制备方法是按以下步骤完成
的：
[0008]一、备料：按照化学通式为Co
51.7
V
31.3
Ga
17
‑
x
Mn
x
进行配料，其中0<x<3，分别称取Co金属单质、V金属单质、Ga金属单质和Mn金属单质作为原料；
[0009]二、将原料放入非自耗高真空电弧熔炼炉的铜坩埚中，洗气后进行熔炼，得到熔炼好的合金铸锭；
[0010]三、熔炼好的合金铸锭完全冷却后，打磨并清洗干净，得到高弹热效应块体Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn基记忆合金。
[0011]本专利技术有益效果：
[0012]1、本专利技术制备的合金经过机械训练后，随着加载
‑
卸载循环次数的增加，曲线的应力平台降低，超弹性循环曲线趋于稳定，曲线形状不变，具有良好的重复性；且在不经过退火热处理后就具备了高弹热效应。
[0013]2、制备的Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn块状多晶弹热制冷记忆合金有很好的综合力学性能，Mn2.25合金断裂强度高达1857.2MPa，断裂应变为26.5％，显著优于其他方法制备的同类合金。有利于合金弹热制冷的循环稳定性，这在实际应用中是尤为重要的。只有出色的力学性能才能保证在多次循环往复的使用过程中合金材料才不会疲劳失效。
[0014]3、利用本专利技术制得的Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn块状多晶弹热制冷记忆合金获得的最大卸载绝热温变更是达到了
‑
11.2K，明显优于其他方法制备的同类合金。
[0015]4、本专利技术通过对掺杂元素、成分和加工工艺的控制，实现了块状多晶Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn记忆合金力学性能和弹热性能的显著提升，丰富了现有用于弹热制冷领域的Co
‑
V
‑
Ga基形状记忆合金的种类，对弹热效应块体材料的进一步优化设计具有参考意义。
附图说明
[0016]图1为对比实施例1制备的Co
51.7
V
31.3
Ga
17
合金的20μm扫描电子显微镜断裂形貌图；
[0017]图2为实施例1制备的Co
51.7
V
31.3
Ga
15
Mn2合金的20μm扫描电子显微镜断裂形貌图；
[0018]图3为实施例2制备的Co
51.7
V
31.3
Ga
14.75
Mn
2.25
合金的20μm扫描电子显微镜断裂形貌图；
[0019]图4为实施例2制备的Co
51.7
V
31.3
Ga
14.75
Mn
2.25
合金的100μm扫描电子显微镜断裂形貌图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高弹热效应块体Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn基记忆合金，其特征在于高弹热效应块体Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn基记忆合金的化学通式为Co
51.7
V
31.3
Ga
17
‑
x
Mn
x
，0<x<3。2.如权利要求1所述的一种高弹热效应块体Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn基记忆合金的制备方法，其特征在于高弹热效应块体Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn基记忆合金的制备方法是按以下步骤完成的：一、备料：按照化学通式为Co
51.7
V
31.3
Ga
17
‑
x
Mn
x
进行配料，其中0<x<3，分别称取Co金属单质、V金属单质、Ga金属单质和Mn金属单质作为原料；二、将原料放入非自耗高真空电弧熔炼炉的铜坩埚中，洗气后进行熔炼，得到熔炼好的合金铸锭；三、熔炼好的合金铸锭完全冷却后，打磨并清洗干净，得到高弹热效应块体Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn基记忆合金。3.根据权利要求2所述的一种高弹热效应块体Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn基记忆合金的制备方法，其特征在于步骤一中按照化学通式为Co
51.7
V
31.3
Ga
17
‑
x
Mn
x
进行配料时，首先计算得到Mn金属单质的理论添加量，然后将Mn金属单质的实际添加量调整为理论添加量的103％。4.根据权利要求2所述的一种高弹热效应块体Co
‑
V
‑
Ga
‑
Mn基记...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭昌龙，杨杰，张琨，赵文彬，田晓华，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：