CN104313396A - 一种弹性合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种弹性合金材料及其制备方法，所述合金的各组成按原子百分含量为镍45-55at％，铁0-10at％，钛25-35at％，钴5-15at％，镓5-15％，铜1-3at％，钨3-5at％及氮1-3at％。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

一种弹性合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能性合金材料技术领域，特别是指一种弹性合金材料及其制备方法。
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45-55at％，铁0-10at％，钛25-35at％，钴5-15at％，镓5-15％，铜1-3at％，钨3-5at％及氮1-3at％。
一种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，钴，铁，钛，镓，铜，钨及氮，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；所述反复熔炼是指至少两次熔炼，且除最后一次熔炼外，每次熔炼后以15-30℃/分钟降温200-300℃后再升温；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℃后，再自然冷却至常温。
所述的熔炼炉采用的是非自耗真空电弧熔炼炉。
所述配料为，各组成按原子百分含量为镍45-55at％，铁0-10at％，钛25-35at％，钴5-15at％，镓5-15％，铜1-3at％，钨3-5at％及氮1-3at％。
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，本技术方案通过所述反复熔炼是指至少两次熔炼，且除最后一次熔炼外，每次熔炼后以15-30℃/分钟降温200-300℃后再升温，使得组织内晶体排列均匀，弹性系数相差小，提高弹性合金的弹性系数的均匀。
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45-55at％，铁0-10at％，钛25-35at％，钴5-15at％，镓5-15％，铜1-3at％，钨3-5at％及氮1-3at％。
一种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，钴，铁，钛，镓，铜，钨及氮，将上述材料按照原子百分含量配料，所述配料为，各组成按原子百分含量为镍45-55at％，铁0-10at％，钛25-35at％，钴5-15at％，镓5-15％，铜1-3at％，钨3-5at％及氮1-3at％。
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；所述反复熔炼是指至少两次熔炼，且除最后一次熔炼外，每次熔炼后以15-30℃/分钟降温200-300℃后再升温；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℃后，再自然冷却至常温。
所述的熔炼炉采用的是非自耗真空电弧熔炼炉。
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。
在以下各实施例中，区别之处仅在弹性合金的组成，而制备方法相同，因此，在以下的实施例中，仅说明各弹性合金的组成，制备方法不再重复说明。
实施例1
一种弹性合金材料，所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍45at％，铁5at％，钛25at％，钴5at％，镓15％，铜1at％，钨3at％及氮1at％。
实施例2
一种弹性合金材料，所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍46at％，铁5at％，钛25at％，钴8at％，镓5％，铜3at％，钨5at％及氮3at％。
实施例3
一种弹性合金材料，所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍45at％，铁5at％，钛26at％，钴10at％，镓6％，铜2at％，钨4at％及氮2at％。
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 (4)

1.一种弹性合金材料，其特征在于：所述合金材料的各组成按原子百分含量为镍45-55at％，铁0-10at％，钛25-35at％，钴5-15at％，镓5-15％，铜1-3at％，钨3-5at％及氮1-3at％。
2.一种弹性合金材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
1)、选取纯度≥99.9％的镍，钴，铁，钛，镓，铜，钨及氮，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；所述反复熔炼是指至少两次熔炼，且除最后一次熔炼外，每次熔炼后以15-30℃/分钟降温200-300℃后再升温；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℃后，再自然冷却至常温。
3.根据权利要求2所述弹性合金材料的制备方法，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。
4.根据权利要求2所述弹性合金材料的制备方法，其特征在于：所述配料为，各组成按原子百分含量为镍45-55at％，铁0-10at％，钛25-35at％，钴5-15at％，镓5-15％，铜1-3at％，钨3-5at％及氮1-3at％。
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