CN103938009A - 一种制备多孔泡沫合金除去造孔剂偏铝酸钠的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备多孔泡沫合金除去造孔剂偏铝酸钠的方法，采用压力铸造或烧结方法和造孔剂偏铝酸钠制备金属或合金复合材料，除去造孔剂偏铝酸钠后，得到多孔泡沫金属或合金，1）将复合材料切除外包层，露出部分或全部偏铝酸钠颗粒；2）将复合材料放入反应釜；3）将每升80-300克浓度范围的氢氧化钠溶液倒入反应釜中，浸没金属或合金材料；升温至150℃-350℃保温0.5-5小时，然后降温至室温，取出得到的多孔结构材料，用自来水或蒸馏水浸泡、冲洗，或者短时间超声清洗，除去残余附着在多孔金属和合金表面的碱液，得到多孔结构金属或合金材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用偏铝酸钠粉末颗粒为造孔剂，制备偏铝酸钠与金属和合金复合材料后，除去复合材料中的偏铝酸钠，从而获得多孔泡沫金属材料和多孔泡沫合金材料的技术方法。
背景技术
集合传感、控制和驱动于一体的形状记忆合金是一种新型功能材料。可受各种外场调控的记忆合金，由于具有的输出功率、应变和响应频率上的特殊性能，在许多领域具有广泛的应用前景。在记忆合金中，以镍锰镓（NiMnGa）合金为代表的铁磁形状记忆合金表现出卓越的性能，镍锰镓合金单晶已经实现>108次磁性形状记忆机械循环，最大磁致应变达到9.5%，响应频率达到kHz量级。这些优越的性能使得镍锰镓系列铁磁形状记忆合金在控制器、传感器、执行器、微机电等领域有着广泛的应用。
然而，单晶镍锰镓合金的生产有着无法避免的缺点：单晶镍锰镓合金的生产过程缓慢、代价昂贵。2007年发表在“物理评论快报”和2009年发表在“自然一材料”中的两篇论文，采用“气压+超声法”制备多孔结构镍锰镓合金，使得镍锰镓多晶合金具有高达8.7%的磁感生应变，在应用上有很大意义。这两篇论文采用的“气压+超声法”是在高真空环境，将镍锰镓合金熔化后，通氩气，通过内外压强差将镍锰镓液体压浸渗到作为造孔剂的偏铝酸钠颗粒缝隙中，凝固后得到镍锰镓合金和偏铝酸钠颗粒复合材料。然后再通过超声清洗的方法将复合材料中的偏铝酸钠颗粒除去就得到多孔结构镍锰镓合金。这种方法的缺陷是：（1）超声清洗复合材料时，容易在样品上造成裂痕，破坏样品；（2）通过超声清洗方法除去偏铝酸钠颗粒需要的时间长；（3）超声清洗一般只能清洗小体积样品；（4）无法除去内部深处的偏铝酸钠颗粒颗粒；（5）当合金多孔结构孔洞尺寸要求很小（即对应要求作为造孔剂的偏铝酸钠颗粒很小）时，无法采用超声法将偏铝酸钠颗粒清除干净。（6）仪器损害大，超声清洗仪经过长时间超声容易损坏。
发明内容：
本发明的目的是，解决现有多孔泡沫金属材料和多孔泡沫合金材料制备过程中，除去作为造孔剂的偏铝酸钠颗粒耗时长、只能处理小体积样品、容易损坏样品和仪器损害大等问题。提供了一种需要的设备简单、使用的原料廉价、过程能耗低、能处理不同体积复合材料中偏铝酸钠的方法。尤其是能处理金属镍、镍锰镓合金和镍钛合金。
一种制备多孔泡沫合金除去造孔剂偏铝酸钠的方法，采用压力铸造或烧结方法和造孔剂偏铝酸钠制备金属或合金复合材料，除去造孔剂偏铝酸钠后，得到多孔泡沫金属或合金，除去复合材料中的偏铝酸钠步骤如下：1）将复合材料切除外包层，露出部分或全部偏铝酸钠颗粒；2）将复合材料放入反应釜；3）将每升80-300克浓度范围的氢氧化钠溶液倒入反应釜中，浸没金属或合金材料；4）氢氧化钠溶液的量根据复合材料中偏铝酸钠质量配置；复合材料中偏铝酸钠的质量就是制备复合材料前放入的偏铝酸钠的质量；5）将盛放有复合材料和氢氧化钠溶液的反应釜密封好，升温至150°C-350℃（尤其是180℃-280℃）保温0.5-5小时（尤其是0.5-2小时），然后降温至室温。6）经过上述步骤，复合材料中偏铝酸钠已经溶解于氢氧化钠溶液中；7）取出得到的多孔结构材料，用自来水或蒸馏水浸泡、冲洗，或者短时间超声清洗，除去残余附着在多孔金属和合金表面的碱液，得到多孔结构金属或合金材料。
采用每升180-260克浓度范围的氢氧化钠溶液；偏铝酸钠质量为1克时，相应氢氧化钠溶液量为30-50毫升；参考这个比例，根据复合材料中偏铝酸钠质量配置氢氧化钠溶液的量。
使用偏铝酸钠颗粒为造孔剂，偏铝酸钠颗粒直径为尺寸是5-550μm。尤其是偏铝酸钠颗粒直径为50-250μm。
一种制备多孔泡沫金属和合金过程中，除去复合材料中造孔剂偏铝酸钠的方法，以偏铝酸钠颗粒粉末为造孔剂，通过采用压力铸造、烧结等方法制备偏铝酸钠与金属和合金复合材料；除去复合材料中的偏铝酸钠步骤：1）将复合材料切除外包层，露出部分或全部偏铝酸钠颗粒；2）将复合材料放入水热反应釜；3）将每升80-300克浓度范围的氢氧化钠溶液倒入反应釜中，浸没切除外包层的金属或合金材料；4）氢氧化钠溶液的量根据制备复合材料中偏铝酸钠质量配置，金属或合金材料中偏铝酸钠的质量就是制备复合材料前放入的偏铝酸钠质量。5）将盛放有复合材料和氢氧化钠溶液的反应釜密封好，升温至150℃-350℃，保温0.5-5小时（尤其是0.5-2小时），然后降温至室温。6）经过上述步骤，复合材料中的偏铝酸钠就已经溶解于氢氧化钠溶液中；7）取出除去偏铝酸钠后的多孔结构合金，用自来水或蒸馏水浸泡、冲洗，或者短时间超声清洗，除去残余附着在多孔合金表面的碱液，得到多孔结构金属或合金材料。
处理对象是偏铝酸钠与金属和合金复合材料：（1）以偏铝酸钠颗粒为造孔剂，采用压力铸造、烧结等方法制备的偏铝酸钠与金属和合金复合材料；（2）以偏铝酸钠颗粒粉末为造孔剂，采用压力铸造方法，制备的偏铝酸钠和镍锰镓合金复合材料；（3）通过以下过程制备的复合材料：制备镍锰镓合金原料：首先按镍的质量分数为48%、锰的质量分数为26.5%和镓的质量分数为25.5%准备材料，然后采用电弧熔炼法制成镍锰镓合金铸锭。之后进行热处理使得镍锰镓合金成分均匀。就是将制备的镍锰镓合金铸锭在真空环境，或者将铸锭放在石英玻璃管中抽真空封管后，在900℃保温48小时使得合金成分均匀，然后随炉冷降温至室温。使用偏铝酸钠颗粒作为造孔剂，选择一定尺寸（38-550μm）的偏铝酸钠颗粒，放入坩埚中，然后连同坩埚置放至高温炉中，升温至1450℃-1550℃保温2-10小时，使得偏铝酸钠颗粒之间初步粘接。然后，将内部装有偏铝酸钠颗粒的坩埚放入能抽真空的高温炉中，在上面放置事先准备的镍锰镓合金锭子，然后抽真空。待系统真空达到10-2Pa以上真空度后，在腔体内对坩埚及镍锰镓合金锭子加热，缓慢升温，当温度达到1150-1250℃后，保温10分钟，然后立即通入氩气，直到炉内压力为0.1MPa，在这个过程中，融化的镍锰镓合金液体被氩气压渗入偏铝酸钠颗粒缝隙中，冷却凝固后得到偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料。
氢氧化钠溶液浓度与偏铝酸钠原料满足关系：当使用的初级原料为三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石对应的偏铝酸钠时，需要的氢氧化钠溶液浓度略有不同，在每升80-300克范围内选择合适的浓度可以采用发明的方法除去复合材料中的偏铝酸钠。
这种方法具体内容是采用氢氧化钠溶液将混合有偏铝酸钠颗粒与金属和合金复合材料中偏铝酸钠颗粒除去，得到多孔结构金属和合金。
这种方法的适用范围是，以偏铝酸钠颗粒粉末为造孔剂，通过采用压力铸造、烧结等方法制备偏铝酸钠与金属和合金材料后，将复合材料中的偏铝酸钠除去的方法。这种方法适用于包含以下两个关键因素的处理：（1）以偏铝酸钠为造孔剂；（2）包含有金属（镍、钴等）或合金（镍锰系列铁磁形状记忆合金、镍钛系列形状记忆合金等）合金与造孔剂（偏铝酸钠颗粒）的复合材料。（3）镍锰镓铁磁形状记忆合金与造孔剂偏铝酸钠颗粒复合材料。
具体按以下步骤完成：（1）通过压力铸造、烧结等方法将偏铝酸钠颗粒与金属和合金制备成复合材料；（2）将复合材料切除外包层，露出部分或全部偏铝酸钠颗粒；（3）将复合材料放入水热反应釜；（4）将每升240克浓度的氢氧化钠溶液倒入反应釜中，浸没复合材料；（5）将盛放有复合材料和氢氧化钠溶液的反应釜密封好，放入加热保温设备（如烘箱或电炉）中，升温至260℃，保温1小时，再降温至室温。经过上述步骤，复合材料中的偏铝酸钠就已经溶解于氢氧化钠溶液中；（6）取出除去偏铝酸钠后的多孔结构合金，用自来水或蒸馏水浸泡、冲洗，或者短时间超声清洗，除去残余附着在多孔合金表面的碱液，得到多孔结构合金。
本发明的有益效果：尤其是用于处理金属（镍、钴等）和合金（镍锰镓合金、镍锰系列铁磁形状记忆和镍钛形状记忆合金等）。除去造孔剂偏铝酸钠对多孔泡沫金属和合金的制备有很大意义，不会在金属或合金材料上造成裂痕，破坏样品；可除去内部深处的偏铝酸钠颗粒；恰当的腐蚀溶液比例和使用条件，不会影响金属镍和镍锰镓合金等多孔材料的晶体结构和相变等特性，能保持处理后的材料与处理前性质的一致。本发明克服采用已有其他方法难以除去偏铝酸钠，或者除去偏铝酸钠时易损害样品、时间长以及能耗高等问题。一，能完全除去复合材料中的偏铝酸钠，得到干净的多孔结构金属和合金；二，处理过程需要的仪器（反应釜、电炉或烘箱等）简单、能耗低；三，需要的化学原料（氢氧化钠）廉价。本发明方法简单，需要的仪器和材料都是已商业化的廉价产品；本发明方法能有效改善多孔泡沫金属材料和多孔泡沫合金材料制备工艺，降低其生产成本，适宜于规模化生产。
附图说明
图1显示作为造孔剂的偏铝酸钠颗粒原料。
图2显示采用本发明的方法除去采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料中的全部偏铝酸钠后，多孔结构镍锰镓合金的电镜扫描图。（图2中a-d对应不同的比例尺的电镜照片)。具体来说，图2显示了当采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料中的58-75μm和350-550μm直径的偏铝酸钠颗粒被除去后，包含58-75μm和350-550μm两种孔径的镍锰镓合金多孔结构电镜扫描图。
图3显示采用本发明的方法除去采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料中的部分偏铝酸钠后，多孔结构镍锰镓合金和部分残余偏铝酸钠的电镜扫描图。（图3中a-b对应不同的比例尺的电镜照片)。具体来说，图3显示了当采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料中的58-75μmμm和350-550μm直径的偏铝酸钠颗粒被部分除去后，包含58-75μm和350-550μm两种孔径的镍锰镓合金多孔结构和残余的偏铝酸钠颗粒的扫描电镜图。
图4显示采用本发明的方法除去采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料中的全部偏铝酸钠后，多孔结构镍锰镓合金的电镜扫描图。（图4中a-b对应不同的比例尺的电镜照片)。具体来说，图4显示当采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料中的280-355μm直径的偏铝酸钠颗粒被除去后，包含280-355μm孔径的镍锰镓合金多孔结构电镜扫描图。
图5显示采用本发明的方法除去采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料中的全部偏铝酸钠后，多孔结构镍锰镓合金的电镜扫描图。（图5中a-b对应不同的比例尺的电镜照片)。具体来说，图5显示了当采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料中的200-280μm和450-550μm直径的偏铝酸钠颗粒被除去后，包含200-280μm和450-550μm孔径的镍锰镓合金多孔结构电镜扫描图。
图6显示了使用X射线衍射衍射仪测量采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料、采用本发明的方法除去偏铝酸钠后多孔结构镍锰镓合金、退火后多孔结构镍锰镓合金的X射线衍射（XRD）图（对应三种材料状况的图）。图6显示，在这三个阶段，镍锰镓材料显示的是七层调制（orthorhombic）结构马氏体。说明采用本发明的方法除去偏铝酸钠后多孔结构镍锰镓合金保持了和原料一致的晶体结构。
图7显示了使用振动样品磁强计测量采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料、采用本发明的方法除去偏铝酸钠后多孔结构镍锰镓合金、退火后多孔结构镍锰镓合金的热磁曲线（MT）图（对应三种材料状况的图）。偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料、采用本发明的方法除去偏铝酸钠后多孔结构镍锰镓合金、退火后多孔结构镍锰镓合马氏体相变区间近似相同。这说明采用本发明的方法对采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料进行除去偏铝酸钠的处理没有对镍锰镓合金的马氏体相变，以及相变中晶体结构造成影响。
综合图6显示使用X射线衍射测量镍锰镓合金的晶体结构和图7显示振动磁强计测量镍锰镓合金的马氏体相变结果来看，采用本发明的方法对采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料除去其中的偏铝酸钠后得到的多孔结构镍锰镓合金，能保持成品与原料晶体结构和马氏体性质的一致。这为多孔镍锰镓合金磁致应变的研究和应用奠定了良好的基础。
具体实施方式
采用电弧熔炼法制成镍锰镓合金铸锭作为原料，使用以偏铝酸钠颗粒粉末为造孔剂，通过压力铸造方法将偏铝酸钠颗粒与金属和合金制备成复合材料。
配置浓度为每升80-300克的氢氧化钠溶液。
将复合材料放入水热反应釜的聚四氟乙烯内胆中，根据偏铝酸钠质量然后放入一定量的、浓度为每升80-300克范围内的氢氧化钠溶液浸没复合材料，密封好，放置到烘箱中，缓慢升温，根据选择的偏铝酸钠特性，升温至150-350℃范围内的某个温度，保温0.5-5个小时范围内某个时间段，然后缓慢降温。在这个过程，偏铝酸钠颗粒全部溶解在碱溶液中，清洗完毕后，得到多孔结构镍锰镓合金。
采用下述试验来验证本发明结果：
实施例1：
（1）制备镍锰镓合金原料:首先按镍的质量分数为48%、锰的质量分数为26.5%和镓的质量分数为25.5%准备材料，然后采用电弧熔炼法制成镍锰镓合金铸锭。然后将镍锰镓合金铸锭在900℃保温48小时使得成分均匀，然后随炉冷降温至室温。（2）造孔剂：使用偏铝酸钠颗粒作为造孔剂，选择58-75μm和350-550μm的混合颗粒（质量为0.5g）后，放入坩埚中，然后连同坩埚置放至高温炉中1500℃热处理4小时烧初步粘接。（3）压力铸造：将在内部装有偏铝酸钠颗粒的坩埚放入能抽真空的高温炉中，在上面放置事先准备的镍锰镓合金锭子，然后抽真空。待系统真空达到10-2Pa以上真空后，在腔体内对坩埚及样品加热，缓慢升温，当温度达到1200℃后，保温10分钟，然后立即通入氩气，直到炉内压力为0.1MPa，在这个过程中，融化的镍锰镓液体被氩气压渗入偏铝酸钠颗粒缝隙中得到混合有偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料，随后，缓慢降温直至室温。（4）除去偏铝酸钠：采用压力铸造法制备复合材料后，将复合材料放入水热反应釜的聚四氟乙烯内胆中，然后放入25毫升、浓度为每升240克的氢氧化钠溶液，密封好，放置到烘箱中，缓慢升温，在260℃保温1个小时，然后缓慢降温。在这个过程，偏铝酸钠颗粒全部溶解在碱溶液中，清洗完毕后，得到多孔结构镍锰镓合金。
图2显示了将偏铝酸钠颗粒全部除去后多孔结构镍锰镓合金电镜扫描图。图2显示了当采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料中的58-75μm和350-550μm直径的偏铝酸钠颗粒被除去后，包含58-75μm和350-550μm两种孔径的镍锰镓合金多孔结构电镜扫描图。
图2证明了采用本发明的方法可以除去偏铝酸钠颗粒。（图a-d对应不同的比例尺的电镜照片）。
图3显示使用不足量的氢氧化钠溶液只是去除部分偏铝酸钠颗粒的复合材料图电镜扫描。（图a-b对应不同的比例尺的电镜照片)。
当采用压制铸造法制备得到偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料后，将复合材料放入水热反应釜的聚四氟乙烯内胆中，然后放入5毫升，浓度可配置为每升240克的氢氧化钠碱溶液，密封好，放置到烘箱中，缓慢升温，在260℃保温1个小时，然后缓慢降温。在这个过程，偏铝酸钠颗粒部分溶解在氢氧化钠溶液中。图3显示了将除去部分偏铝酸钠颗粒后，包含有部分残余偏铝酸钠颗粒和多孔结构镍锰镓合金电镜扫描图。
图3显示了当采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料中的58-75μm和350-550μm直径的偏铝酸钠颗粒被部分除去后，包含58-75μm和350-550μm两种孔径的镍锰镓合金多孔结构和部分残余的偏铝酸钠颗粒的扫描电镜图。
图6显示了使用X射线衍射衍射仪测量采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料、采用本发明的方法除去偏铝酸钠后多孔结构镍锰镓合金、退火后多孔结构镍锰镓合金的X射线衍射（XRD）图。图6显示，在这三个阶段，镍锰镓材料显示的是七层调制（orthorhombic）结构马氏体。说明采用本发明的方法除去偏铝酸钠后多孔结构镍锰镓合金保持了和原料一致的晶体结构。
图7显示了使用振动样品磁强计测量采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料、采用本发明的方法除去偏铝酸钠后多孔结构镍锰镓合金、退火后多孔结构镍锰镓合金的热磁曲线（MT）图。偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料、采用本发明的方法除去偏铝酸钠后多孔结构镍锰镓合金、退火后多孔结构镍锰镓合马氏体相变温区近似相同，这说明采用本发明的方法对采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料进行除去偏铝酸钠的处理没有对镍锰镓合金的马氏体相变，以及相变中晶体结构造成影响。
综合图6显示使用X射线衍射测量镍锰镓合金的晶体结构和图7显示振动磁强计测量镍锰镓合金的马氏体相变结果来看，采用本发明的方法对采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料除去其中的偏铝酸钠后得到的多孔结构镍锰镓合金，能保持成品与原料晶体结构和马氏体性质的一致。这为多孔镍锰镓合金磁致应变的研究和应用奠定了良好的基础。
实施例2：
采用电弧熔炼法制成镍锰镓合金铸锭后，使用280-355μm直径的偏铝酸钠颗粒作为造孔剂，放入坩埚中，在高温炉中1470℃热处理4小时烧初步粘接。将在内部装有偏铝酸钠颗粒的坩埚放入能抽真空的高温炉中，在上面放置事先准备的镍锰镓合金锭子，然后抽真空。待系统真空达到10-2Pa以上真空后，在腔体内对坩埚及样品加热，缓慢升温，当温度达到1180℃后，保温8分钟，然后立即通入氩气，直到炉内压力为0.1MPa，在这个过程中，融化的镍锰镓液体被氩气压渗入偏铝酸钠颗粒缝隙中得到偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料，随后，缓慢降温直至室温。将此复合材料放入水热反应釜的聚四氟乙烯内胆中，然后放入20毫升，浓度可配置为每升230克的氢氧化钠溶液，，密封好，放置到烘箱中，缓慢升温，在240℃保温1个小时，然后缓慢降温。在这个过程，偏铝酸钠颗粒全部溶解在碱溶液中，清洗完毕后，得到多孔结构镍锰镓合金。图4显示了将偏铝酸钠颗粒全部除去后多孔结构镍锰镓合金电镜扫描图。
实施例3：
采用电弧熔炼法制成镍锰镓合金铸锭后，使用偏铝酸钠颗粒作为造孔剂，选择110-280μm和450-550μm的颗粒混合后，放入坩埚中，在高温炉中1450℃热处理4小时烧初步粘接。将在内部装有偏铝酸钠颗粒的坩埚放入能抽真空的高温炉中，在上面放置事先准备的镍锰镓合金锭子，然后抽真空。待系统真空达到10-2Pa以上真空后，在腔体内对坩埚及样品加热，缓慢升温，当温度达到1170℃后，保温6分钟，然后立即通入氩气，直到炉内压力为0.1MPa，在这个过程中，融化的镍锰镓液体被氩气压渗入偏铝酸钠颗粒缝隙中得到混合有偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料，随后，缓慢降温直至室温。将此复合材料放入水热反应釜的聚四氟乙烯内胆中，然后放入30毫升，浓度可配置为每升250克的氢氧化钠溶液，密封好，放置到烘箱中，缓慢升温，在280°C保温1个小时，然后缓慢降温。在这个过程，偏铝酸钠颗粒全部溶解在碱溶液中，清洗完毕后，得到多孔结构镍锰镓合金。图5显示了将偏铝酸钠颗粒全部除去后多孔结构镍锰镓合金电镜扫描图。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (9)
1.一种制备多孔泡沫合金除去造孔剂偏铝酸钠的方法，采用压力铸造或烧结方法和造孔剂偏铝酸钠制备金属或合金复合材料，除去造孔剂偏铝酸钠后，得到多孔泡沫金属或合金，其特征是除去复合材料中的偏铝酸钠步骤如下：1）将复合材料切除外包层，露出部分或全部偏铝酸钠颗粒；2）将复合材料放入反应釜；3）将每升80-300克浓度范围的氢氧化钠溶液倒入反应釜中，浸没金属或合金材料；4）氢氧化钠溶液的量根据复合材料中偏铝酸钠质量配置；复合材料中偏铝酸钠的质量就是制备复合材料前放入的偏铝酸钠的质量；5）将盛放有复合材料和氢氧化钠溶液的反应釜密封好，升温至150°C-350℃（尤其是180℃-280℃）保温0.5-5小时（尤其是0.5-2小时），然后降温至室温。6）经过上述步骤，复合材料中偏铝酸钠已经溶解于氢氧化钠溶液中；7）取出得到的多孔结构材料，用自来水或蒸馏水浸泡、冲洗，或者短时间超声清洗，除去残余附着在多孔金属和合金表面的碱液，得到多孔结构金属或合金材料。
2.根据权利要求1所述的制备多孔泡沫合金除去造孔剂偏铝酸钠的方法,其特征是采用每升80-300克浓度范围的氢氧化钠溶液；偏铝酸钠质量为1克时，相应氢氧化钠溶液量为30-50毫升；参考这个比例，根据复合材料中偏铝酸钠质量配置氢氧化钠溶液的量。
3.根据权利要求1所述的制备多孔泡沫合金除去造孔剂偏铝酸钠的方法，其特征是升温至180℃-280℃保温0.5-2小时。
4.根据权利要求1或3所述的制备多孔泡沫合金除去造孔剂偏铝酸钠的方法，其特征是使用偏铝酸钠颗粒为造孔剂，偏铝酸钠颗粒直径为尺寸是5-550μm。
5.根据权利要求3或4所述的制备多孔泡沫合金除去造孔剂偏铝酸钠的方法，其特征是偏铝酸钠颗粒直径为50-250μm。
6.根据权利要求1、3或5所述的制备多孔泡沫合金除去造孔剂偏铝酸钠的方法，其特征在于：1）以偏铝酸钠颗粒为造孔剂，采用压力铸造或烧结方法制备偏铝酸钠与金属和合金复合材料；2）以偏铝酸钠颗粒粉末为造孔剂，制备有孔镍锰镓合金复合材料；首先按镍的质量分数为48%、锰的质量分数为26.5%和镓的质量分数为25.5%准备材料，然后采用电弧熔炼法制成镍锰镓合金铸锭；之后进行热处理使得镍锰镓合金成分均匀，就是将制备的镍锰镓合金铸锭在真空环境，或者将铸锭放在石英玻璃管中抽真空封管后，在900℃保温48小时使得合金成分均匀，然后随炉冷降温至室温；使用偏铝酸钠颗粒作为造孔剂，选择38-550μm的偏铝酸钠颗粒，放入坩埚中，然后连同坩埚置放至高温炉中，升温至1450℃-1550℃保温2-10小时，使得偏铝酸钠颗粒之间初步粘接；然后，将内部装有偏铝酸钠颗粒的坩埚放入能抽真空的高温炉中，在上面放置事先准备的镍锰镓合金锭子，然后抽真空；待真空达到10-2Pa以上真空度后，在腔体内对坩埚及镍锰镓合金锭子加热，缓慢升温，当温度达到1150-1250℃后，保温10分钟，然后立即通入氩气，直到炉内压力为0.1MPa，在这个过程中，融化的镍锰镓合金液体被氩气压渗入偏铝酸钠颗粒缝隙中，冷却凝固后得到偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料。
7.根据权利要求6所述的制备多孔泡沫合金除去造孔剂偏铝酸钠的方法，其特征在于处理的对象是：（1）镍、钴金属；（2）镍锰系列铁磁形状记忆合金、镍钛系列形状记忆合金等合金；（3）镍锰镓合金。
8.根据权利要求6所述的制备多孔泡沫合金除去造孔剂偏铝酸钠的方法，其特征在于处理的对象是采用压力铸造法制备的镍锰镓铁合金与造孔剂偏铝酸钠颗粒复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备多孔泡沫合金除去造孔剂偏铝酸钠的方法；其特征在于包含如下处理步骤：将采用压力铸造法制备的偏铝酸钠颗粒和镍锰镓合金复合材料切除外包层，露出部分或全部偏铝酸钠颗粒，然后放入反应釜；将每升80-300克范围内的氢氧化钠溶液倒入反应釜中，浸没复合材料。将盛放有复合材料和氢氧化钠溶液的反应釜密封好，放入烘箱中，升温至150℃-350℃保温0.5-2小时，然后降温至室温。经过上述步骤，复合材料中的偏铝酸钠已经溶解于氢氧化钠溶液中；倒掉残液，取出样品，将处理后的材料用自来水或蒸馏水浸泡、冲洗，或者短时间超声清洗，除去残留附着在材料上的氢氧化钠溶液后，得到多孔结构镍锰镓合金。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104152730A (zh) * | 2014-09-05 | 2014-11-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法 |
| CN104775068A (zh) * | 2015-04-02 | 2015-07-15 | 浙江大学 | 一种高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料及其制备工艺 |
| CN105624455A (zh) * | 2016-02-17 | 2016-06-01 | 北京科技大学 | 一种多孔高熵合金及其制备方法 |
| CN107417073A (zh) * | 2017-09-26 | 2017-12-01 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种建筑隔音高气孔率泡沫玻璃的制备方法 |
| CN107790722A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-13 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种双孔结构TiAl多孔材料的制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090092817A1 (en) * | 2007-08-30 | 2009-04-09 | Boise State University | Magnetic material with large magnetic-field-induced deformation |
| CN101565308A (zh) * | 2009-06-04 | 2009-10-28 | 山东大学 | 氮化硼纳米管增强的氮化硅陶瓷及其制备方法 |
| US20110064965A1 (en) * | 2007-08-30 | 2011-03-17 | Boise State University | Polycrystalline foams exhibiting giant magnetic-field-induced deformation and methods of making and using same |
| CN102296204A (zh) * | 2011-09-09 | 2011-12-28 | 中国科学院力学研究所 | Zr基非晶合金泡沫材料及其制备方法 |
| CN102392173A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-03-28 | 北京科技大学 | 一种开孔泡沫钢的制备方法 |
| CN102719692A (zh) * | 2012-07-13 | 2012-10-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种准连续孔隙镍锰镓泡沫合金的制备方法 |
| CN103031460A (zh) * | 2012-12-15 | 2013-04-10 | 华南理工大学 | 一种超弹性多孔CuAlNi高温形状记忆合金的制备方法及其应用 |
| CN103276233A (zh) * | 2013-06-14 | 2013-09-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种采用真空气压浸渗制备一维连通孔隙镍锰镓多孔材料的方法 |
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2014
- 2014-04-17 CN CN201410156359.8A patent/CN103938009B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090092817A1 (en) * | 2007-08-30 | 2009-04-09 | Boise State University | Magnetic material with large magnetic-field-induced deformation |
| US20110064965A1 (en) * | 2007-08-30 | 2011-03-17 | Boise State University | Polycrystalline foams exhibiting giant magnetic-field-induced deformation and methods of making and using same |
| CN101565308A (zh) * | 2009-06-04 | 2009-10-28 | 山东大学 | 氮化硼纳米管增强的氮化硅陶瓷及其制备方法 |
| CN102296204A (zh) * | 2011-09-09 | 2011-12-28 | 中国科学院力学研究所 | Zr基非晶合金泡沫材料及其制备方法 |
| CN102392173A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-03-28 | 北京科技大学 | 一种开孔泡沫钢的制备方法 |
| CN102719692A (zh) * | 2012-07-13 | 2012-10-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种准连续孔隙镍锰镓泡沫合金的制备方法 |
| CN103031460A (zh) * | 2012-12-15 | 2013-04-10 | 华南理工大学 | 一种超弹性多孔CuAlNi高温形状记忆合金的制备方法及其应用 |
| CN103276233A (zh) * | 2013-06-14 | 2013-09-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种采用真空气压浸渗制备一维连通孔隙镍锰镓多孔材料的方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104152730A (zh) * | 2014-09-05 | 2014-11-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法 |
| CN104152730B (zh) * | 2014-09-05 | 2016-03-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法 |
| CN104775068A (zh) * | 2015-04-02 | 2015-07-15 | 浙江大学 | 一种高性能宏观泡沫态Fe73Ga27磁致伸缩材料及其制备工艺 |
| CN105624455A (zh) * | 2016-02-17 | 2016-06-01 | 北京科技大学 | 一种多孔高熵合金及其制备方法 |
| CN105624455B (zh) * | 2016-02-17 | 2017-08-08 | 北京科技大学 | 一种多孔高熵合金及其制备方法 |
| CN107417073A (zh) * | 2017-09-26 | 2017-12-01 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种建筑隔音高气孔率泡沫玻璃的制备方法 |
| CN107790722A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-13 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种双孔结构TiAl多孔材料的制备方法 |
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