CN102337424A - 一种镍钴铁镓超弹性合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镍钴铁镓超弹性合金材料及其制备方法，属于合金技术领域。所述合金材料为Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料，x＝7～12，在室温下具有超弹性行为；当x＝10～12时，所述合金材料在室温下具有窄滞后的超弹性行为，在1～298K的温度范围内无马氏体相变行为。所述合金材料通过先熔炼吸铸；然后退火处理制备得到。本发明所述合金材料与NiTi系列的超弹性合金相比成本低廉很多，有望带来日常用超弹性合金的低价化和普及化；所述合金材料具有窄滞后的超弹性行为，内耗低，可广泛应用于工业生产；所述合金材料的制备方法简单且成本低廉。

Description

一种镍钴铁镓超弹性合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镍钴铁镓超弹性合金材料及其制备方法，具体地说，涉及一种通过添加钴(Co)部分取代镍(Ni)来改变和控制合金的马氏体相变温度，从而获得室温下具有良好超弹性行为的镍钴铁镓超弹性合金，属于合金技术领域。
背景技术
超弹性合金因其具有较高的可恢复的伪弹性形变而广泛应用于航空、机械、化工以及精密仪器等领域。
目前最常见的超弹性合金为钛镍系合金。钛镍系合金中存在着热弹性马氏体，由于其马氏体相变温度随合金成分不同在很大范围内变化，因此钛镍系合金不仅具有奇特的形状记忆效应，而且具有较好超弹性行为。
虽然具有良好的超弹性行为和广泛的应用前景，但是钛镍系合金的成本较高；同时作为一种典型的基于热弹性马氏体相变的传统超弹性合金，钛镍合金的超弹性行为属于宽滞后的超弹性行为，内耗较高，因此需要开发一种成本低廉且内耗较低的新型超弹性合金。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种镍钴铁镓超弹性合金材料，所述合金材料具备新型超弹性合金体系，通过添加Co部分取代Ni来改变和控制所述合金材料的马氏体相变温度，可获得较好的超弹性行为。本发明的目的之二在于提供一种镍钴铁镓超弹性合金材料的制备方法。
本发明的目的是通过以下述技术方案实现的。
一种镍钴铁镓超弹性合金材料，所述合金材料为Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料，其中，x＝7～12，所述合金材料在室温下具有超弹性行为。
当x＝10～12时，所述合金材料在室温下的超弹性行为中同一应力下的最大应变滞后与可回复应变的比值小于50％，即具有窄滞后的超弹性行为；所述合金材料在1～298K的温度范围内无马氏体相变行为。
一种本发明所述镍钴铁镓超弹性合金材料的制备方法，所述制备方法具体步骤如下：
步骤一、熔炼吸铸
选取纯度≥99.9％的镍、纯度≥99.99％的钴、纯度≥99.99％的镓和纯度为≥99.9％的铁，按照Ni55-xCoxFe18Ga27，x＝7～12的原子百分比含量配比配料，误差≤0.1mg；然后放入非自耗真空电弧熔炼炉，抽真空至1.9×10-4Pa，再充入氩气，反复熔炼；然后熔化，用模具冷却吸铸得到镍钴铁镓合金。
步骤二、退火处理
将步骤一制备得到的镍钴铁镓合金密封，抽真空至5×10-5Pa，在1000℃下，保温72小时，然后冷却至室温，得到一种本发明所述的镍钴铁镓超弹性合金。
有益效果
1.本发明所述的一种镍钴铁镓超弹性合金材料与NiTi系列的超弹性合金相比成本低廉很多，有望带来日常用超弹性合金的低价化和普及化；
2.本发明所述的一种镍钴铁镓超弹性合金材料在室温下具有超弹性行为；
3.本发明所述的一种镍钴铁镓超弹性合金材料，当x＝10～12时，所诉Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料具有窄滞后的超弹性行为，是一种新型的低内耗超弹性合金材料，有望广泛应用于工业生产；
4.本发明所述的一种镍钴铁镓超弹性合金材料的制备方法简单，成本低廉。
附图说明
图1是实施例1制备得到的Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料，x＝7～9的室温压缩应力应变图。
图2是实施例2制备得到的Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料，x＝10～12的室温压缩应力应变图。
图3是实施例2制备得到的Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料，x＝12的变温电阻曲线。
图4是窄滞后超弹性行为的示意图。
具体实施方式
为了充分说明本发明的特性以及实施本发明的方式，下面给出实施例。
实施例1
步骤一：熔炼吸铸
选取纯度为99.9％的镍、纯度为99.99％的钴、纯度为99.99％的镓和纯度为99.9％的铁，分别按照Ni55-xCoxFe18Ga27，x＝7～9的原子百分比含量配比，采用电子天平精确到0.1毫克配料；然后分别放入HL-400型非自耗真空电弧熔炼炉，抽真空至1.9×10-4Pa，再充入氩气，反复熔炼5遍，制成纽扣状材料；然后分别用DHL-500II型电弧炉甩带机联合设备将所述纽扣状材料熔化，并采用该设备自带的铜模水冷模具快速吸铸成直径(Φ)为4mm的棒状镍钴铁镓合金。
步骤二：退火处理
将所述棒状镍钴铁镓合金分别密封在试管中并抽真空至5×10-5Pa，在1000℃下，保温72小时，然后随炉缓冷至室温，得到Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料，x＝7～9，即本发明所述的一种镍钴铁镓超弹性合金材料。
在所述Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料，x＝7～9中，各切取一个Φ4mm×8mm的圆柱体作为力学性能测试样品分别进行测试，室温下压缩速度为0.01mm/min；得到图1的压缩曲线。
图1显示：在压缩实验中，将所述样品压缩到一定的预应变后(远超过0.2％的工程屈服应变)卸载，随应力的减小应变减小至近似于零，样品的形状回复，所述样品的力学行为符合超弹性效应的定义，为超弹性合金材料。
实施例2
步骤一：熔炼吸铸
选取纯度为99.9％的镍、纯度为99.99％的钴、纯度为99.99％的镓、纯度为99.9％的铁，分别按照Ni55-xCoxFe18Ga27，x＝10～12的原子百分比含量配比，采用电子天平精确到0.1毫克配料；然后分别放入HL-400型非自耗真空电弧熔炼炉，抽真空至1.9×10-4Pa，再充入氩气，反复熔炼5遍，制成纽扣状材料；然后分别用DHL-500II型电弧炉甩带机联合设备将所述纽扣状材料熔化，并采用该设备自带的铜模水冷模具快速吸铸成直径为4mm的棒状镍钴铁镓合金。
步骤二：退火处理
将所述棒状镍钴铁镓合金分别密封在试管中并抽真空至5×10-5Pa，在1000℃下，保温72小时，然后随炉缓冷至室温，得到Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料，x＝10～12，即本发明所述的一种镍钴铁镓超弹性合金材料。
在所述Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料，x＝10～12中，各切取一个Φ4mm×8mm的圆柱体作为力学性能测试样品分别进行测试，室温下压缩速度为0.01mm/min；得到图2的压缩曲线。
图2显示：在压缩实验中，将所述样品压缩到一定的预应变后(远超过0.2％的工程屈服应变)卸载，随应力的减小应变减小至近似于零，样品的形状回复，所述样品的力学行为符合超弹性效应的定义，为超弹性合金材料；所述样品在同一应力下的最大应变滞后与可回复应变的比值小于50％，因此所述样品具有窄滞后的超弹性行为，所述窄滞后超弹性行为的示意图如图4所示。
用国家纳米中心的PPMS综合物性测量系统(Quanpum Design公司提供)对实施例2制备得到的Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料，x＝12进行变温电阻测试，得到图3的变温电阻曲线。
图3显示：在1～298K的温度范围内，电阻曲线保持一个趋势，没有峰值的出现，说明在1～298K的温度范围内所述Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料，x＝12中没有相变发生。
以上实施例1和实施例2的制备得到的Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料，x＝7～12的样品力学性能测数据如表1所示，从表1中的数据可知，当x＝10～12时，所述Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材具备窄滞后的超弹性行为。
表1
     实施例  可恢复应变a  最大应变滞后b    b/a
  Ni48Co7Fe18Ga27   4.98   3.38   0.6787
  Ni47Co8Fe18Ga27   5.61   3.35   0.5971
  Ni46Co9Fe18Ga27   6.68   4.14   0.6197
  Ni45Co10Fe18Ga27   3.78   1.6   0.4233
  Ni44Co11Fe18Ga27   2.77   1.34   0.4837
  Ni43Co12Fe18Ga27   2.32   0.78   0.3362
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种镍钴铁镓超弹性合金材料，其特征在于：所述合金材料为Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料，其中，x＝7～12。
2.根据权利要求1所述的一种镍钴铁镓超弹性合金材料，其特征在于：所述合金材料在室温下具有超弹性行为。
3.根据权利要求1或2所述的一种镍钴铁镓超弹性合金材料，其特征在于：当x＝10～12时，所述Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料的超弹性行为中同一应力下的最大应变滞后与可回复应变的比值小于50％，即具有窄滞后的超弹性行为。
4.根据权利要求3所述的一种镍钴铁镓超弹性合金材料，其特征在于：所述Ni55-xCoxFe18Ga27超弹性合金材料在1～298K的温度范围内无马氏体相变行为。
5.一种如权利要求1所述的镍钴铁镓超弹性合金材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法步骤如下：
步骤一、熔炼吸铸
选取纯度≥99.9％的镍、纯度≥99.99％的钴、纯度≥99.99％的镓和纯度为≥99.9％的铁，按照Ni55-xCoxFe18Ga27，x＝7～12的原子百分比含量配比配料，误差≤0.1mg；然后放入非自耗真空电弧熔炼炉，抽真空至1.9×10-4Pa，再充入氩气，反复熔炼；然后熔化，用模具冷却吸铸得到镍钴铁镓合金；
步骤二、退火处理
将步骤一制备得到的镍钴铁镓合金密封，抽真空至5×10-5Pa，在1000℃下，保温72小时，然后冷却至室温，得到一种本发明所述的镍钴铁镓超弹性合金。
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