CN102851562A - 一种超弹记忆性合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超弹记忆性合金及其制备方法，所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍45-50at％，铁5-10at％，钛25-30at％，钴5-15at％。本技术方案的合金材料不仅具有窄滞后超弹性能又能够保持形状记忆效应的合金材料。

Description

一种超弹记忆性合金及其制备方法
技术领域
本发明属于功能性合金材料技术领域，特别是指一种超弹记忆性合金及其制备方法。
背景技术
超弹性合金因其具有较高的可恢复弹性形变而广泛应用于航空、机械、精密仪器及医疗等领域。目前最常使用的超弹性合金为钛镍合金，钛镍合金中存在热弹性马氏体，其相变温度随合金成份不同在一定范围内变化，因为钛镍系合金不仅具有奇特的形状记忆效应，还具有较好的超弹性行为，但其超弹性行为属于宽滞后的超弹性行为，因此内耗高。
我国专利公开号CN102337424中采用钴替代部分镍而形成一种镍钴铁镓合金材料，认为能够改变和控制合金材料的马氏体相变温度，可以获得较好的超弹性行为。通过对该技术方案的合金进行分析，该合金的弹性性能确实优于普通的钛镍合金，马氏体也相应减少很多，但该合金也存有一定的缺陷，这就是虽然具有超弹性，但是对于原钛镍合金的形状记忆效应大为减少，甚至在有些组分中形状记忆效应为零。因此需要开发一种即具有窄滞后超弹性能又能够保持形状记忆效应的合金材料。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种技术方案，该技术方案的合金材料不仅具有窄滞后超弹性能又能够保持形状记忆效应的合金材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种超弹记忆性合金，所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍45-50at％，铁5-10at％，钛25-30at％，钴10-15at％。
作为进一步的改进，所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍50at％，铁5at％，钛30at％，钴15at％。
所述一种超弹性合金材料的制备方法，具体包括以下步骤：
1)、选取纯度≥99.9％的镍，纯度≥99.99％钴，纯度≥99.9％的铁，纯度≥99.9％的钛，将上述材料按照原子百分含量配料，然后放入熔炼炉中并抽真空至2.0×10-4Pa，再充入氩气，反复熔炼后用模具冷却吸铸得到合金毛坯；
2)、将1)中得到的合金毛坯密封，抽真空至5.0×10-5Pa，在1000℃下保温72小时，然后冷却至室温得到超弹性合金材料。
所述的熔炼炉采用的是非自耗真空电弧熔炼炉。
所述的冷却以匀速冷却为主，冷却速率保持在2.5-5℃每15分钟，该冷却速率要保持到毛坯温度下降到450-500℃。
本发明的有益效果是：
1，本技术方案的合金材料不仅具有窄滞后超弹性能又能够保持形状记忆效应的合金材料。
2，本技术方案的生产工艺简单，易于工业化生产。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
一种超弹性合金材料，所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍45-50at％，铁5-10at％，钛25-30at％，钴10-15at％。
作为进一步的改进，所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍50at％，铁5at％，钛30at％，钴15at％。
所述一种超弹性合金材料的制备方法，具体包括以下步骤：
1)、选取纯度≥99.9％的镍，纯度≥99.99％钴，纯度≥99.9％的铁，纯度≥99.9％的钛，将上述材料按照原子百分含量配料，然后放入非自耗真空电弧熔炼炉中并抽真空至2.0×10-4Pa，再充入氩气，反复熔炼后用模具冷却吸铸得到合金毛坯；
2)、将1)中得到的合金毛坯密封，抽真空至5.0×10-5Pa，在1000℃下保温72小时，然后冷却至室温得到超弹性合金材料。
所述的冷却以匀速冷却为主，冷却速率保持在2.5-5℃每15分钟，该冷却速率要保持到毛坯温度下降到450-500℃。这样做的结果是能够保持合金内晶体结构的均匀，各组成在单位体积内的颗粒大致相同，减少能量的内耗。
实施例1
选取所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍50at％，铁5at％，钛30at％，钴15at％。
1)、选取纯度≥99.9％的镍，纯度≥99.99％钴，纯度≥99.9％的铁，纯度≥99.9％的钛，将上述材料按照原子百分含量配料，然后放入非自耗真空电弧熔炼炉中并抽真空至2.0×10-4Pa，再充入氩气，反复熔炼后用模具冷却吸铸得到合金毛坯；
2)、将1)中得到的合金毛坯密封，抽真空至5.0×10-5Pa，在1000℃下保温72小时，然后冷却至室温得到超弹性合金材料。
所述的冷却以匀速冷却为主，冷却速率保持在3.5℃每15分钟，该冷却速率要保持到毛坯温度下降到450℃。
在以下的实施例中有变化的有各组成材料的原子百分含量及在生产过程中的冷却速率及保持冷却速率的最后温度，因此在实施例1-3中仅有材料组成变化其它方面相同；在实施例4-6中除各材料组成变化外，冷却速率和保持冷却速率的最后温度同实施例1-3有变化但在实施例4-6中的冷却速率及保持冷却速率的最后温度相同。
实施例2
选取所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍47at％，铁8at％，钛30at％，钴15at％。
实施例3
选取所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍45at％，铁10at％，钛30at％，钴15at％。
实施例4
选取所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍48at％，铁10at％，钛30at％，钴12at％。冷却速率保持在5℃每15分钟，该冷却速率要保持到毛坯温度下降到500℃。
实施例5
选取所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍50at％，铁10at％，钛25at％，钴15at％。冷却速率保持在5℃每15分钟，该冷却速率要保持到毛坯温度下降到500℃。
实施例6
选取所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍49at％，铁10at％，钛26at％，钴15at％。冷却速率保持在5℃每15分钟，该冷却速率要保持到毛坯温度下降到500℃。
实施例1-6的各组成合金的性能见表1
表1
 实施例  可恢复应变a  最大应变滞后b   b/a
 实施例1  7.62  3.25   0.427
 实施例2  6.84  2.97   0.434
 实施例3  6.78  3.06   0.451
 实施例4  5.32  4.03   0.758
 实施例5  4.13  2.14   0.518
 实施例6  5.16  2.23   0.432
本发明包括但不限于本实施例，凡是在本发明规则之下进行的等同替换或局部改进均应当视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种超弹记忆性合金，其特征在于：所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍45-50at％，铁5-10at％，钛25-30at％，钴5-15at％。
2.根据权利要求1所述超弹记忆性合金，其特征在于：所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍50at％，铁5at％，钛30at％，钴15at％。
3.根据权利要求1所述超弹记忆性合金的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
1)、选取纯度≥99.9％的镍，纯度≥99.99％钴，纯度≥99.9％的铁，纯度≥99.9％的钛，将上述材料按照原子百分含量配料，然后放入熔炼炉中并抽真空至2.0×10-4Pa，再充入氩气，反复熔炼后用模具冷却吸铸得到合金毛坯；
2)、将1)中得到的合金毛坯密封，抽真空至5.0×10-5Pa，在1000℃下保温72小时，然后冷却至室温得到超弹性合金材料。
4.根据权利要求3所述超弹记忆性合金的制备方法，其特征在于：所述的熔炼炉采用的是非自耗真空电弧熔炼炉。
5.根据权利要求3所述超弹记忆性合金的制备方法，其特征在于：所述的冷却以匀速冷却为主，冷却速率保持在2.5-5℃每15分钟，该冷却速率要保持到毛坯温度下降到450-500℃。
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CN102851548A (zh) * 2012-09-05 2013-01-02 徐琼 一种超弹性合金
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《Materials Science and Engineering A》 20061231 Mi-Seon Choi et al. Stability of the B2-type structure and R-phase transformation behavior of Fe or Co doped Ti-Ni alloys 第527-530页 1-5 , 第438-440期 *
MI-SEON CHOI ET AL.: "Stability of the B2-type structure and R-phase transformation behavior of Fe or Co doped Ti–Ni alloys", 《MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A》, no. 438440, 31 December 2006 (2006-12-31), pages 527 - 530 *

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