一種具有超塑性的鎳錳鎵合金的制備方法
【專利摘要】一種具有超塑性的鎳錳鎵合金的制備方法，本發明涉及鎳錳鎵合金的制備方法。本發明要解決現有鎳錳鎵合金成形困難、變形抗力大的問題。方法：制備鎳錳鎵合金，均勻化熱處理，熱擠壓，去除包套并清洗，即得到具有超塑性的鎳錳鎵合金。優點：在高溫時可以在較高應變速率下進行成形，提高成形效率，減少成形成本，使利用鎳錳鎵合金在高溫條件下制備復雜形狀的部件成為可能，在鎳錳鎵合金板、棒、絲、管等形態型材制備中具有良好的應用前景。本發明用于一種具有超塑性的鎳錳鎵合金的制備。
【專利說明】一種具有超塑性的鏡猛鎵合金的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鎳錳鎵合金的制備方法。
【背景技術】
[0002] 鎳錳鎵合金是一種新興智能材料，不僅具有傳統形狀記憶合金所擁有的形狀記憶 性能和超彈性變形性能，還因其具有鐵磁性，能夠在磁場作用下輸出較大應變。與磁致伸縮 材料相比，其磁場作用下輸出應變更大，同時保持了磁致伸縮材料響應頻率高的優點。鎳錳 鎵合金是一種鐵磁形狀記憶合金，作為驅動和傳感材料，在航空航天、機械、電子等領域具 有良好的應用前景。
[0003] 該材料的應用需要其具有良好的成形性能，以便制備所需要的零件形狀。但是鎳 錳鎵合金屬于一種金屬間化合物，在室溫下具有本征脆性，室溫條件下成形困難，成形要在 高溫下進行。在高溫成形方式中，超塑性成形方法由于具有變形量大、流變應力低和變形過 程中各處形變量均勻等特點，已經應用于鋁合金、鈦合金以及復合材料的成形。因此開發鎳 錳鎵合金在高溫條件下的成形性能，特別是在高溫條件下的超塑性變形性能，對解決其成 形困難的問題具有重要意義。而超塑性成形對合金的制備方法提出特殊的要求，因此本發 明提出一種具有超塑性性能的鎳錳鎵合金的制備方法，對于解決鎳錳鎵合金成形困難、變 形抗力大的問題，具有重要意義。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決現有鎳錳鎵合金成形困難、變形抗力大的問題，而提供一種具有超 塑性的鎳錳鎵合金的制備方法。
[0005] -種具有超塑性的鎳錳鎵合金的制備方法，具體是按照以下步驟進行的：
[0006] 一、制備鎳錳鎵合金：首先按原子百分比為45%?55%鎳、25%?35%錳和 15 %?25 %鎵稱取純鎳、純錳和純鎵，然后利用真空感應熔煉法制備尺寸直徑大于150mm、 高度大于100mm的鎳錳鎵合金；
[0007] 二、均勻化熱處理：利用電火花將步驟一制備的鎳錳鎵合金切割成直徑為60mm? 150mm、高度為40mm?100mm的圓柱述料，再將圓柱述料置于丙酮中，并在超聲波作用下清 洗15min?30min，然后將清洗后的圓柱述料置于溫度為80°C?120°C的烘箱中烘干，最后 將烘干后的圓柱坯料置于溫度為850°C?950°C的真空爐中進行成分均勻化熱處理，處理 時間為5h?48h，得到合金坯料；
[0008] 三、包套：使用包套材料將合金坯料外表面進行包套，得到包套后的合金坯料；
[0009] 四、預熱：將包套后的合金坯料置于溫度為950°C?1KKTC的電阻爐中，預熱lh? 6h，得到預熱后的合金坯料；
[0010] 五、熱擠壓：將預熱后的合金坯料放入擠壓模具中進行熱擠壓，擠壓比為（4? 16) :1，擠壓速率為4mm/s?15mm/s，擠壓溫度為950°C?1KKTC，擠壓后在空氣中自然冷 卻，得到擠壓后的鎳錳鎵合金；
[0011] 六、去除包套并清洗：將擠壓后的鎳錳鎵合金浸漬于質量百分數為5%?20%硝 酸中，直至外表面包套材料完全除去，然后將去除包套材料的鎳錳鎵合金置于丙酮中，并在 超聲波作用下清洗15min?30min，然后將清洗后的鎳錳鎵合金置于溫度為80°C?120°C的 烘箱中烘干，得到具有超塑性的鎳錳鎵合金。
[0012] 本發明的有益效果是：本發明針對鎳錳鎵合金成形困難、變形抗力大的問題，提出 通過熔煉合金，熱處理以及熱擠壓等步驟制備出具有超塑性鎳錳鎵合金的方法，本發明制 備出的具有超塑性的鎳錳鎵合金在800°c?950°C，應變速率0. 0003/s?0. Ι/s范圍均具 有超塑性。表明在室溫條件下難以成形的鎳錳鎵合金，在高溫時可以在較高應變速率下進 行成形，由于成形時的應變速率高，可以提高成形效率，減少成形成本，使利用鎳錳鎵合金 在高溫條件下制備復雜形狀的部件成為可能，在鎳錳鎵合金板、棒、絲、管等形態型材制備 中具有良好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為實施制備的具有超塑性的鎳錳鎵合金，在800°C時不同應變速率條件下，高 溫拉伸后的宏觀照片；1為測試前樣品，2為應變速率0. 0003/s拉伸后樣品，3為應變速率 0. 001/s拉伸后樣品，4為應變速率0. 003/s拉伸后樣品，5為應變速率0. ΟΙ/s拉伸后樣品；
[0014] 圖2是實施制備的具有超塑性的鎳錳鎵合金，在800°C時不同應變速率條件下，高 溫拉伸真應力-真應變曲線；1為應變速率〇. 〇〇〇3/s拉伸曲線，2為應變速率0. 001/s拉伸 曲線，3為應變速率0. 003/s拉伸曲線，4為應變速率0. ΟΙ/s拉伸曲線。
【具體實施方式】
[0015] 本發明技術方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之 間的任意組合。
【具體實施方式】 [0016] 一：本實施方式所述的一種具有超塑性的鎳錳鎵合金的制備方法， 具體是按照以下步驟進行的：
[0017] 一、制備鎳錳鎵合金：首先按原子百分比為45%?55%鎳、25%?35%錳和 15 %?25 %鎵稱取純鎳、純錳和純鎵，然后利用真空感應熔煉法制備尺寸直徑大于150mm、 高度大于100mm的鎳錳鎵合金；
[0018] 二、均勻化熱處理：利用電火花將步驟一制備的鎳錳鎵合金切割成直徑為60mm? 150mm、高度為40mm?100mm的圓柱述料，再將圓柱述料置于丙酮中，并在超聲波作用下清 洗15min?30min，然后將清洗后的圓柱述料置于溫度為80°C?120°C的烘箱中烘干，最后 將烘干后的圓柱坯料置于溫度為850°C?950°C的真空爐中進行成分均勻化熱處理，處理 時間為5h?48h，得到合金坯料；
[0019] 三、包套：使用包套材料將合金坯料外表面進行包套，得到包套后的合金坯料；
[0020] 四、預熱：將包套后的合金坯料置于溫度為950°C?1KKTC的電阻爐中，預熱lh? 6h，得到預熱后的合金坯料；
[0021] 五、熱擠壓：將預熱后的合金坯料放入擠壓模具中進行熱擠壓，擠壓比為（4? 16) :1，擠壓速率為4mm/s?15mm/s，擠壓溫度為950°C?1KKTC，擠壓后在空氣中自然冷 卻，得到擠壓后的鎳錳鎵合金；
[0022] 六、去除包套并清洗：將擠壓后的鎳錳鎵合金浸漬于質量百分數為5%?20%硝 酸中，直至外表面包套材料完全除去，然后將去除包套材料的鎳錳鎵合金置于丙酮中，并在 超聲波作用下清洗15min?30min，然后將清洗后的鎳錳鎵合金置于溫度為80°C?120°C的 烘箱中烘干，得到具有超塑性的鎳錳鎵合金。
[0023] 本實施方式的有益效果是：本實施方式針對鎳錳鎵合金成形困難、變形抗力大的 問題，提出通過熔煉合金，熱處理以及熱擠壓等步驟制備出具有超塑性鎳錳鎵合金的方法， 本實施方式制備出的具有超塑性的鎳錳鎵合金在800°C?950°C，應變速率0. 0003/s? 0. Ι/s范圍均具有超塑性。表明在室溫條件下難以成形的鎳錳鎵合金，在高溫時可以在較高 應變速率下進行成形，由于成形時的應變速率高，可以提高成形效率，減少成形成本，使利 用鎳錳鎵合金在高溫條件下制備復雜形狀的部件成為可能，在鎳錳鎵合金板、棒、絲、管等 形態型材制備中具有良好的應用前景。
[0024] 本實施方式制備的具有超塑性的鎳錳鎵合金的超塑性變形能力要大于100%。
【具體實施方式】 [0025] 二：本實施方式與一不同的是：步驟三中所述的包套 材料為高溫下屈服強度低、塑性好的金屬材料。。其它與一相同。
【具體實施方式】 [0026] 三：本實施方式與一或二之一不同的是：所述的包套 材料為低碳鋼、不銹鋼或黃銅。其它與一或二相同。
【具體實施方式】 [0027] 四：本實施方式與一至三之一不同的是：步驟一中所 述的真空感應熔煉法是按以下步驟完成的：將按原子百分比為45%?55%鎳、25%?35% 錳和15%?25%鎵分別稱取純鎳、純錳和純鎵金屬，將稱取的純金屬置于真空感應爐的坩 堝中，再將真空感應爐抽真空至K^Pa，增加功率至所有純金屬全部熔化，然后在電磁力作 用下攪拌合金熔液，最后將攪拌后的合金熔液澆入預熱至550°C的鋼模具中，待充分冷卻， 得到尺寸直徑大于150mm、高度大于100mm的鎳猛鎵合金。其它與一至三相 同。
【具體實施方式】 [0028] 五：本實施方式與一至四之一不同的是：步驟二中將 烘干后的圓柱坯料置于溫度為900°C?950°C的真空爐中進行成分均勻化熱處理，處理時 間為8h?15h。其它與一至四相同。
【具體實施方式】 [0029] 六：本實施方式與一至五之一不同的是：步驟四中將 包套后的合金坯料置于溫度為l〇〇〇°C?1050°C的電阻爐中，預熱2h?4h，得到預熱后的合 金坯料。其它與一至五相同。
【具體實施方式】 [0030] 七：本實施方式與一至六之一不同的是：步驟五中將 預熱后的合金坯料放入擠壓模具中進行熱擠壓，擠壓比為（4?9) : 1，擠壓速率為8mm/s? 12mm/s，擠壓溫度為1000°C?1050°C，擠壓后在空氣中自然冷卻，得到擠壓后的鎳錳鎵合 金。其它與一至六相同。
[0031] 采用以下實施例驗證本發明的有益效果：
[0032] 實施例：
[0033] 本實施例所述的一種具有超塑性的鎳錳鎵合金的制備方法，具體是按照以下步驟 進行的：
[0034] 一、制備鎳錳鎵合金：首先按原子百分比為48%鎳、30%錳和22%鎵稱取純鎳、純 錳和純鎵，然后利用真空感應熔煉法制備尺寸直徑大于150mm、高度大于100mm的鎳錳鎵合 金；
[0035] 二、均勻化熱處理：利用電火花將步驟一制備的鎳錳鎵合金切割成直徑為60mm、 高度為40mm的圓柱述料，再將圓柱述料置于丙酮中，并在超聲波作用下清洗15min，然后將 清洗后的圓柱坯料置于溫度為l〇〇°C的烘箱中烘干，最后將烘干后的圓柱坯料置于溫度為 900°C的真空爐中進行成分均勻化熱處理，處理時間為10h，得到合金坯料；
[0036] 三、包套：使用包套材料將合金坯料外表面進行包套，得到包套后的合金坯料； [0037] 四、預熱：將包套后的合金坯料置于溫度為1050°C的電阻爐中，預熱2h，得到預熱 后的合金述料；
[0038] 五、熱擠壓：將預熱后的合金坯料放入擠壓模具中進行熱擠壓，擠壓比為9:1，擠 壓速率為8mm/s，擠壓溫度為1050°C，擠壓后在空氣中自然冷卻，得到擠壓后的鎳錳鎵合 金；
[0039] 六、去除包套并清洗：將擠壓后的鎳錳鎵合金浸漬于質量百分數為10%硝酸中， 直至外表面包套材料完全除去，然后將去除包套材料的鎳錳鎵合金置于丙酮中，并在超聲 波作用下清洗20min，然后將清洗后的鎳錳鎵合金置于溫度為100°C的烘箱中烘干，得到具 有超塑性的鎳錳鎵合金。
[0040] 步驟三中所述的包套材料為低碳鋼；
[0041] 步驟一中所述的真空感應熔煉法是按以下步驟完成的：將按原子百分比為48% 鎳、30%錳和22%鎵分別稱取純鎳、純錳和純鎵金屬，將稱取的純金屬置于真空感應爐的坩 堝中，再將真空感應爐抽真空至K^Pa，增加功率至所有純金屬全部熔化，然后在電磁力作 用下攪拌合金熔液，最后將攪拌后的合金熔液澆入預熱至550°C的鋼模具中，待充分冷卻， 得到尺寸直徑大于150mm、高度大于100mm的鎳猛鎵合金。
[0042] 步驟三中所述的包套是按以下步驟完成的：將低碳鋼加工成直徑為70mm，高度為 60mm的圓柱，然后在內部挖空出直徑為60_，高度為50mm的圓柱空腔，將合金述料放入圓 柱空腔中，然后將直徑為60_，高度為10mm的低碳鋼圓柱置于圓柱空腔內合金述料上，最 后電焊密封，得到包套后的合金坯料。
[0043] 圖1為實施制備的具有超塑性的鎳錳鎵合金，在800°C時不同應變速率條件下，高 溫拉伸后的宏觀照片；1為測試前樣品，2為應變速率0. 0003/s拉伸后樣品，3為應變速率 0. 001/s拉伸后樣品，4為應變速率0. 003/s拉伸后樣品，5為應變速率0. ΟΙ/s拉伸后樣品； 從圖中可以看出，在中間拉伸區域，大部分區域的材料發生均勻變形，只在頸縮區域發生了 明顯的非均勻變形。
[0044] 圖2是實施制備的具有超塑性的鎳錳鎵合金，在800°C時不同應變速率條件下，高 溫拉伸真應力-真應變曲線；1為應變速率〇. 0003/S拉伸曲線，2為應變速率0. 001/s拉伸 曲線，3為應變速率0. 003/s拉伸曲線，4為應變速率0. ΟΙ/s拉伸曲線。從圖中看出鎳錳鎵 合金隨著應變速率的升高，流變應力也升高。在低應變速率下具有較長的穩態流變階段，在 0· 003/s時穩態流變應力只有30MPa左右。
[0045] 表1為實施例制備的具有超塑性的鎳錳鎵合金在不同溫度和應變速率下延伸率， 本實施例制備出的具有超塑性的鎳錳鎵合金在800°C?950°C，應變速率0. 0003/s?0. 1/s 范圍均具有超塑性，如表1所示，從表中可以看出在800°C，應變速率為0. 001/s時具有最高 超塑性，達到232. 94%。在950°C時，在0. Ι/s應變速率下也具有195. 53%的超塑性能力， 這與常規成形方式的應變速率相當，可以提高成形效率，減少成本，具有良好的應用前景。
[0046] 表2為實施例制備的具有超塑性的鎳錳鎵合金在不同溫度和應變速率下延伸率
[0047]
【權利要求】
1. 一種具有超塑性的鎳錳鎵合金的制備方法，其特征在于一種具有超塑性的鎳錳鎵合 金的制備方法是按以下步驟完成的： 一、 制備鎳錳鎵合金：首先按原子百分比為45%?55%鎳、25%?35%錳和15%? 25 %鎵稱取純鎳、純錳和純鎵，然后利用真空感應熔煉法制備尺寸直徑大于150mm、高度大 于100mm的鎳猛鎵合金； 二、 均勻化熱處理：利用電火花將步驟一制備的鎳錳鎵合金切割成直徑為60mm? 150mm、高度為40mm?100mm的圓柱述料，再將圓柱述料置于丙酮中，并在超聲波作用下清 洗15min?30min，然后將清洗后的圓柱述料置于溫度為80°C?120°C的烘箱中烘干，最后 將烘干后的圓柱坯料置于溫度為850°C?950°C的真空爐中進行成分均勻化熱處理，處理 時間為5h?48h，得到合金坯料； 三、 包套：使用包套材料將合金坯料外表面進行包套，得到包套后的合金坯料； 四、 預熱：將包套后的合金坯料置于溫度為950°C?1KKTC的電阻爐中，預熱lh?6h， 得到預熱后的合金坯料； 五、 熱擠壓：將預熱后的合金坯料放入擠壓模具中進行熱擠壓，擠壓比為（4?16) :1， 擠壓速率為4mm/s?15mm/s，擠壓溫度為950°C?1100°C，擠壓后在空氣中自然冷卻，得到 擠壓后的鎳錳鎵合金； 六、 去除包套并清洗：將擠壓后的鎳錳鎵合金浸漬于質量百分數為5%?20%硝酸中， 直至外表面包套材料完全除去，然后將去除包套材料的鎳錳鎵合金置于丙酮中，并在超聲 波作用下清洗15min?30min，然后將清洗后的鎳錳鎵合金置于溫度為80°C?120°C的烘箱 中烘干，得到具有超塑性的鎳錳鎵合金。
2. 根據權利要求1所述的一種具有超塑性的鎳錳鎵合金的制備方法，其特征在于步驟 三中所述的包套材料為高溫下屈服強度低、塑性好的金屬材料。
3. 根據權利要求2所述的一種具有超塑性的鎳錳鎵合金的制備方法，其特征在于所述 的包套材料為低碳鋼、不銹鋼或黃銅。
4. 根據權利要求1所述的一種具有超塑性的鎳錳鎵合金的制備方法，其特征在于步 驟一中所述的真空感應熔煉法是按以下步驟完成的：將按原子百分比為45%?55%鎳、 25%?35%錳和15%?25%鎵分別稱取純鎳、純錳和純鎵金屬，將稱取的純金屬置于真空 感應爐的坩堝中，再將真空感應爐抽真空至K^Pa，增加功率至所有純金屬全部熔化，然后 在電磁力作用下攪拌合金熔液，最后將攪拌后的合金熔液澆入預熱至550°C的鋼模具中，待 充分冷卻，得到尺寸直徑大于150mm、高度大于100mm的鎳猛鎵合金。
5. 根據權利要求1所述的一種具有超塑性的鎳錳鎵合金的制備方法，其特征在于步驟 二中將烘干后的圓柱坯料置于溫度為900°C?950°C的真空爐中進行成分均勻化熱處理， 處理時間為8h?15h。
6. 根據權利要求1所述的一種具有超塑性的鎳錳鎵合金的制備方法，其特征在于步驟 四中將包套后的合金坯料置于溫度為l〇〇〇°C?1050°C的電阻爐中，預熱2h?4h，得到預熱 后的合金述料。
7. 根據權利要求1所述的一種具有超塑性的鎳錳鎵合金的制備方法，其特征在于步 驟五中將預熱后的合金坯料放入擠壓模具中進行熱擠壓，擠壓比為（4?9) : 1，擠壓速率為 8mm/s?12mm/s，擠壓溫度為1000°C?1050°C，擠壓后在空氣中自然冷卻，得到擠壓后的鎳 猛鎵合金。
【文檔編號】C22C19/03GK104152730SQ201410452886
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】張學習, 魏隴沙, 耿林 申請人:哈爾濱工業大學