一種高超彈性NiMnSnCo合金微絲的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的是一種采用玻璃包覆法制備的NiMnSnCo高超彈性合金微絲，其成分公式如下：Ni1?x?y?zMnxSnyCoz，其中x＝0.3～0.5，y＝0.1～0.2，z＝0.05～0.2。本發(fā)明采用玻璃包覆法制備高超彈性NiMnSnCo合金微絲，此種制備方法一方面能改善合金的脆性；另一方面具有極快速(600?900℃/s)的冷卻方式可以減小晶粒尺寸，并在一定程度上能提升其塑性，從而可以使微絲獲得較為優(yōu)異的形狀記憶效應(yīng)及超彈性。目前，對傳感器及驅(qū)動器微型化、智能化的要求越來越高，所以制備出具有低成本且較高超彈性的形狀記憶合金微絲也勢在必行。本發(fā)明所制備的NiMnSnCo合金微絲因具有高的超彈性及優(yōu)良的綜合性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種高超彈性N i MnSnGo合金微絲的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于金屬智能材料領(lǐng)域，具體涉及一種高超彈性鎳鈷錳錫合金微絲的制備。
【背景技術(shù)】
[0002]NiMnSn(Co)合金是一種新型的多功能材料，被廣泛應(yīng)用于驅(qū)動器、傳感器和磁制冷領(lǐng)域。NiMnSn (Co)合金作為磁致形狀記憶合金的一個重要分支，能夠在磁場下誘發(fā)馬氏體逆相變，具有良好的磁熱效應(yīng)和磁誘發(fā)形狀記憶效應(yīng)。目前，對該合金的馬氏體相變、微觀組織、磁性能等已有較多報道，但對該合金的超彈性性能研究較少，其原因在于其固有的脆性已經(jīng)成為實(shí)際生產(chǎn)及應(yīng)用的主要障礙。
[0003]利用玻璃包覆法制備的NiMnSn(Co)合金微絲，由于其具有獨(dú)特的微觀組織，通常表現(xiàn)出較普通塊體材料更加優(yōu)異的性能。相對于普通塊體合金，該合金微絲制備工藝簡單，其制備方式具有極快的冷卻速度;該制備方法可以降低合金有序度、減小晶粒尺寸和提高延伸率，從而使微絲獲得優(yōu)異的形狀記憶效應(yīng)及超彈性，具有更優(yōu)良的綜合性能。
[0004]目前在NiMnSn(Co)體系中文獻(xiàn)報道的多晶塊體的最大壓縮超彈性僅為3%，嚴(yán)重限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用。此外，微型化功能器件低成本、小尺寸和高響應(yīng)速度的發(fā)展趨勢，也給形狀記憶合金微絲的發(fā)展帶來了更大的契機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明采用玻璃包覆法制備高超彈性NiMnSn(Co)合金微絲，此種制備方法一方面能改善合金的脆性;另一方面具有極快速(600-900°C/s)的冷卻方式可以減小晶粒尺寸，并在一定程度上能提升其塑性，從而可以使微絲獲得較為優(yōu)異的形狀記憶效應(yīng)及超彈性。
[0006]一種高超彈性NiMnSnCo合金微絲的制備方法，其特征在于通過玻璃包覆法制備NiMnSnCo高超彈性合金微絲，合金微絲組成成分范圍為Nil—x—y—zMnxSnyCoz，其中x = 0.3?
0.5，y = 0.1?0.2，ζ = 0.05?0.2ο
[0007]本發(fā)明通過玻璃包覆法制備的NiMnSnCo高超彈性合金微絲，其特點(diǎn)在于:所用單質(zhì)原材料N1、Mn、Sn和Co的純度應(yīng)大于99.99wt.%。
[0008]上述NiMnSn(Co)高超彈性合金微絲的制備過程如下:
[0009]步驟一、母合金的制備
[0010]將所需要的Ni，Mn，Sn，Co按照上述合金的原子百分比逐一進(jìn)行稱取，質(zhì)量精確到千分位，然后在高純氬氣保護(hù)環(huán)境下用高真空電弧爐進(jìn)行熔煉，為了充分保證合金成分的均勻性，合金應(yīng)反復(fù)熔煉4次以上，且應(yīng)保證中間兩次熔煉過程中配合電磁攪拌。熔煉完成后，稱取母合金錠質(zhì)量，質(zhì)量偏差I(lǐng) %以內(nèi)的合金錠才可用來進(jìn)行下一步生產(chǎn)。這主要是為了盡量減小Mn元素的揮發(fā)對合金成分造成的影響。
[0011]步驟二、合金錠的吸鑄
[0012]將步驟一制得的母合金紐扣鑄錠重新熔化，利用高真空電弧爐自帶的吸鑄裝置，將母合金吸鑄成直徑為5mm的圓棒。
[0013]步驟三、切割制絲樣品
[0014]將步驟二獲得的圓棒用低速金剛石圓鋸切割成高度為5-6_的圓柱。
[0015]步驟四、制備合金微絲
[0016]制備絲材使用的設(shè)備是玻璃包覆拉絲機(jī)。將步驟三制備的小圓柱放入高硼硅玻璃管底部，啟動電源將小圓柱感應(yīng)熔化，玻璃管底部軟化后，用預(yù)先制備好的帶尖端的玻璃棒從軟化的玻璃管底部引出帶有包覆玻璃的合金絲。
[0017]在上述合金成分范圍內(nèi)，利用玻璃包覆法均能制備出具有優(yōu)良力學(xué)性能的高超彈性NiMnSn (Co)合金微絲。
[0018]上述NiMnSn(Co)高超彈性合金微絲制備及測試采用的設(shè)備是:
[0019]上述NiMnSn(Co)合金微絲制備采用的拉絲設(shè)備是玻璃包覆拉絲機(jī)，玻璃包覆拉絲機(jī)公開號:CN102127720A。
[°02°] 上述NiMnSn(Co)合金微絲力學(xué)性能測試在電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，所用型號為:Instron5966。
[0021 ]本發(fā)明所提供的高超彈性NiMnSnCo合金微絲其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在:
[0022](I)本發(fā)明的NiMnSnCo合金微絲相對于塊體具有高的超彈性，且為拉伸超彈性，而塊體不具有此特性；同時本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了制備性能優(yōu)異的NiMnSnCo高超彈性合金微絲，拓寬了微絲的體系，有助于微絲在微型傳感器及驅(qū)動器等領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。
[0023](2)本發(fā)明的高超彈性NiMnSnCo合金微絲的生產(chǎn)工藝簡單易操作，成本相對較低。合金絲圓整度高、表面質(zhì)量好、尺寸均勻，長度最高可達(dá)200cm。
【附圖說明】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明微絲作進(jìn)一步說明。
[0025]圖1為NiMnSnCo合金微絲SEM圖像；
[0026]圖2為實(shí)例I制備的Ni44.5Mn39.5SniQ.5C05.5合金微絲的應(yīng)力應(yīng)變曲線，試樣標(biāo)距為15mm，加載速率為0.48mm/mi η ；
[0027]圖3為實(shí)例2制備的Ni42Mn39.5Sn1Q.5Co8合金微絲的應(yīng)力應(yīng)變曲線，試樣標(biāo)距為15mm，加載速率為0.48mm/min ；
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定，僅作舉例而已。同時通過實(shí)例說明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。
[0029]實(shí)例I
[0030]Ni44.^Mn39.5Sm0.5Co5.5高超彈性合金微絲的制備[0031 ]步驟一、精密稱取各種成分元素
[0032]根據(jù)合金Ni44.5Mn39.5SniQ.5C05.5的原子百分比，計算出各兀素的質(zhì)量，在電子天平上進(jìn)行精密稱量。
[0033]步驟二、制備母合金錠
[0034]將步驟一稱量好的合金原料放入高真空非自耗電弧熔煉爐中，抽真空至2X 10—3Pa，充入保護(hù)性高純氬氣，氬氣壓力為0.05-0.07MPa，調(diào)節(jié)電流為30-100A，對原料進(jìn)行熔煉，為了保證合金成分均勻，合金應(yīng)反復(fù)熔煉4次以上，且保證中間兩次熔煉中配合電磁攪拌，然后隨爐冷卻即可得到Ni44.SMn39.sSn1.5Co5.5母合金錠。
[0035]步驟三、吸鑄合金Ni44.SMn39.sSn1.5Co5.5 棒材
[0036]根據(jù)所要制備的棒材尺寸，剪取約12_14g母合金，將母合金表面的氧化皮去除干凈后，放入具有快速凝固吸鑄功能的真空非自耗電弧熔煉爐中，抽真空至2X10—3Pa,充入保護(hù)性高純氬氣，氬氣壓力為0.05-0.07MPa，起弧后迅速加大電流熔化母合金并快速吸入Φ5mm的銅模具中，冷卻后取出，即制得Ni44.5Mn39.5Sm0.5Co5.5棒材。
[0037]步驟四、切割制絲樣品
[0038]為便于步驟五制備絲材，將步驟三中制備的Φ 5mm圓棒用低速精密金剛石圓鋸切割成高為5_6mm的小圓柱。
[0039]步驟五、制備絲材
[0040]制備絲材使用的設(shè)備是玻璃包覆拉絲機(jī)。將步驟四制備的小圓柱放入高硼硅玻璃管底部，啟動電源將小圓柱感應(yīng)熔化，玻璃管底部軟化后，用預(yù)先制備好的帶尖端的玻璃棒從軟化的玻璃管底部引出帶有包覆玻璃的合金絲。
[0041]圖2所示為該合金絲拉伸過程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線，由圖可以看出該合金的可回復(fù)應(yīng)變?yōu)?%，表明該合金絲具有很大的超彈性。
[0042]實(shí)例2
[0043]Ni42Mn39.5Sn1Q.5Co8高超彈性合金微絲的制備
[0044]步驟一、精密稱取各種成分元素
[0045]根據(jù)合金Ni42Mn39.5SniQ.5C08的原子百分比，計算出各元素的質(zhì)量，在電子天平上進(jìn)行精密稱量。
[0046]步驟二、制備母合金錠
[0047]將步驟一稱量好的合金原料放入高真空非自耗電弧熔煉爐中，抽真空至2X 10—3Pa，充入保護(hù)性高純氬氣，氬氣壓力為0.05-0.07MPa，調(diào)節(jié)電流為30-100A，對原料進(jìn)行熔煉，為了保證合金成分均勻，合金應(yīng)反復(fù)熔煉4次以上，且保證中間兩次熔煉中配合電磁攪拌，然后隨爐冷卻即可得到Ni42Mn39.sSm0.5Co8母合金錠。
[0048]步驟三、吸鑄合金Ni42Mn39.5Sn1Q.5Co8棒材
[0049]根據(jù)所要制備的棒材尺寸，剪取約12_14g母合金，將母合金表面的氧化皮去除干凈后，放入具有快速凝固吸鑄功能的真空非自耗電弧熔煉爐中，抽真空至2X10—3Pa,充入保護(hù)性高純氬氣，氬氣壓力為0.05-0.07MPa，起弧后迅速加大電流熔化母合金并快速吸入Φ5mm的銅模具中，冷卻后即制得Ni42Mn39.5SniQ.5C08棒材。
[0050]步驟四、切割
[0051 ] 為便于步驟五制備絲材，將步驟三中制備的Φ 5mm圓棒用低速精密金剛石圓鋸切割成高為5_6mm的小圓柱。
[0052]步驟五、制備絲材
[0053]制備絲材使用的設(shè)備是玻璃包覆拉絲機(jī)。將步驟四制備的小圓柱放入高硼硅玻璃管底部，啟動電源將小圓柱感應(yīng)熔化，玻璃管底部軟化后，用預(yù)先制備好的帶尖端的玻璃棒從軟化的玻璃管底部引出帶有包覆玻璃的合金絲。
[0054]圖3所示為該合金絲拉伸過程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線，由圖可以看出該合金的可回復(fù)應(yīng)變?yōu)?.5%，表明該合金絲具有很大的超彈性。
[0055]綜上所述，NiMnSn(Co)合金微絲具有高超彈性，且微絲表面質(zhì)量、圓整度高。上述實(shí)例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高超彈性NiMnSnCo合金微絲的制備方法，其特征在于通過玻璃包覆法制備NiMnSnCo高超彈性合金微絲，合金微絲組成成分范圍為Nil—x—y—zMnxSnyCoz，其中x = 0.3?0.5,y = 0.1?0.2，z = 0.05?0.2; 所用單質(zhì)原材料N1、Mn、Sn和Co的純度要求大于99.99wt.%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高超彈性NiMnSnCo合金微絲的制備方法，其特征在于制備過程包括以下步驟: 步驟一、母合金的制備 將所需要的Ni，Mn，Sn，Co按照上述合金的原子百分比逐一進(jìn)行稱取，質(zhì)量精確到千分位，然后在高純氬氣保護(hù)環(huán)境下用高真空電弧爐進(jìn)行熔煉，為了充分保證合金成分的均勻性，合金應(yīng)反復(fù)熔煉4次以上，且應(yīng)保證中間兩次熔煉過程中配合電磁攪拌;熔煉完成后，稱取母合金錠質(zhì)量，質(zhì)量偏差I(lǐng) %以內(nèi)的合金錠才能用來進(jìn)行下一步生產(chǎn)； 步驟二、合金錠的吸鑄 將步驟一制得的母合金紐扣鑄錠重新熔化，利用高真空電弧爐自帶的吸鑄裝置，將母合金吸鑄成直徑為5mm的圓棒； 步驟三、切割制絲樣品 將步驟二獲得的圓棒用低速金剛石圓鋸切割成高度為5-6_的圓柱； 步驟四、制備合金微絲 制備絲材使用的設(shè)備是玻璃包覆拉絲機(jī)，將步驟三制備的小圓柱放入高硼硅玻璃管底部，啟動電源將小圓柱感應(yīng)熔化，玻璃管底部軟化后，用預(yù)先制備好的帶尖端的玻璃棒從軟化的玻璃管底部引出帶有包覆玻璃的合金絲。
【文檔編號】C22C30/04GK105908051SQ201610353659
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】從道永, 劉東民, 王沿東, 張勇
【申請人】北京科技大學(xué)