CN108950276B - 一种高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法,属于智能材料、磁性形状记忆合金耐磨性技术领域。本发明公开的高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金制备方法具体步骤为:按照原子百分比取料、混匀、烧结,即得到高耐磨性NiMnIn合金。本发明首次采用燃烧反应合成一种新型的高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金,为高耐磨性形状记忆合金的应用拓展了思路;本发明制备的磁性形状记忆合金NiMnIn具有耐磨性低、低磨损量等优点。

Description

一种高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法
技术领域
本发明属于智能材料、磁性形状记忆合金耐磨性技术领域,本发明涉及一种高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法。
背景技术
智能材料是材料研究的重要领域,目前研究较多的主要有压电材料、磁致伸缩材料以及形状记忆合金,以PZT为代表的压电陶瓷和以Terfenol-D为代表的磁致伸缩材料可以在外加电场/磁场的作用下表现出可逆应变,响应频率达10KHz,但最大输出应变小(仅约0.2%),输出应力低(仅几MPa),而以TiNi合金为代表的传统形状记忆合金通过热机械训练可具有双程形状记忆效应,输出应变大(4%),输出力高(几十MPa),但受温度场限制其响应频率低(几Hz),均难以满足智能机构对高性能驱动材料的迫切需求。
磁性记忆合金可在外磁场作用下输出宏观应变,兼具有大应变和快响应,是一种理想的智能驱动材料。但以NiMnGa为代表,其磁诱发应变来源于外磁场驱动马氏体孪晶变体重排,最大磁感生应变可达10%,但输出应力受磁晶各向异性能所限,仅有几个MPa;而以Ni-Mn-X(X=In,Sn,Sb)合金为代表,在磁场中,Ni-Mn-In基合金会形成马氏体逆相变且在往复的过程中产生3%的应变值,输出应力可以高达108MPa,比Ni-Mn-Ga的输出大100倍。这个发现使磁驱动记忆合金的实用性大大增加。但是对于形状记忆合金来说,要想进入实用化必须具有双程的形状记忆效应,就需要往复的运动,因此还要有比较好的耐磨性。获得高耐磨性、均相的NiMnIn微晶合金必将成为记忆合金应用和发展的主要研究方向之一。
发明内容
为了解决现有NiMnIn系列磁性形状记忆合金耐磨性低的问题,本发明提供一种高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法,本发明首次采用燃烧反应高温合成NiMnIn磁性形状记忆合金,拟开发具有大磁控双程形状记忆效应的NiMnIn纳米晶合金,以实现快响应、大输出应变、高输出应力,满足多次往复运动智能结构对高性能驱动材料的要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:本发明提供的一种高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金制备方法具体步骤为:按照原子百分比取48-53份的Ni粉、36份的Mn粉、16-11份In粉,通过搅拌器混合均匀,然后将其倒入压力成型模具中,用千斤顶对模具施压,将粉末压制成直径为10mm、高度为10mm的圆柱形试样,然后将试样置于特定的夹具中,所述夹具包括上、下两个压力板,压力板的两端用螺栓或螺钉固定。工作时,通过螺栓或螺钉调整上、下压力板之间的距离,将试样放置于上、下压力板之间形成的空间中,使试样的表面与压力板相接触,固定压力板的两端,向夹具施压。最后将夹持样品的夹具放入箱式电阻炉中进行烧结,电阻炉的温度是1000-1200℃保温20-40min,然后随炉冷却至室温取出,即得到NiMnIn磁记忆合金。
进一步优选,制备方法具体为:按照原子百分比取粒径为5微米的48-50份Ni粉、36份Mn粉、14-16份In粉混合,在搅拌器中以转速200转/min-500转/min来搅拌金属粉末,使其混合均匀,然后将其倒入压力成型模具中,用千斤顶对模具施压,通过加压到在400-1000MPa压力下和保压2-4min将粉末压制成直径为10mm、高度为10mm的圆柱形试样,最后在温度1000-1200℃,保温时间为20-40min烧结工艺烧结,然后随炉冷却至室温取出,最后得到粒径为20-30微米的NiMnIn磁记忆合金。
优选的,圆柱形试样在温度1200℃,保温时间30min下进行烧结。
更优选的,按照原子百分比取粒径为5微米的48份Ni粉、36份Mn粉、16份In粉混合;按照原子百分比取粒径为5微米的49份Ni粉、36份Mn粉、15份In粉混合;按照原子百分比取粒径为5微米的50份Ni粉、36份Mn粉、14份In粉混合。
本发明制备方法得到的磁性形状记忆合金NiMnIn与现有的经熔炼炉熔炼制备的磁性形状记忆合金NiMnIn有明显区别,与现有技术相比具有以下有益效果:
1.本发明制备的NiMnIn合金的摩擦系数为0.6,比现有NiMnIn合金降低0.2;
2.对本发明制备的合金进行磨损量的测试,结果表明本发明制备的合金磨损量变为0.0262g,比现有NiMnIn合金的磨损量降低了0.0017g,说明本发明制备的NiMnIn合金耐磨性好。
3.本发明制备的NiMnIn合金的磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损,而现有NiMnIn合金的磨损机制为磨粒磨损。
4.本发明制备的NiMnIn合金能够实现快响应、大输出应变、高输出应力,满足多次往复运动智能结构对高性能驱动材料的要求。
5.本发明制备的磁性形状记忆合金NiMnIn具有耐磨性低、低磨损量等优点。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的高耐磨性NiMnIn合金摩擦系数变化的测试曲线图。
图2是熔炼炉熔炼制备的NiMnIn合金摩擦系数变化的测试曲线图。
图3是在室温下对NiMnIn合金进行SEM观察分析测试图;(a)图是本发明实施例2制备的NiMnIn合金的磨痕形貌;(b)图是熔炼炉熔炼的NiMnIn合金的磨痕形貌。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详述本发明,但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明,本发明所采用的实验方法均为常规方法,所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
下述实施例中涉及的压力机为YLJ-303型微型压力机(JA2003N),箱式电阻炉为SXZ-10-12箱式电阻炉。
实施例1
高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法按如下步骤进行制备:按照原子百分比取粒径为5微米的50份Ni粉、36份Mn粉、14份In粉混合,在搅拌器中转速200转/min-500转/min来搅拌金属粉末,使其混合均匀,然后将其倒入压力成型模具中,用千斤顶对模具施压,通过加压到在400-1000MPa压力下和保压2-4分钟将粉末压制成直径为10mm、高度为10mm的圆柱形试样,最后在温度1000℃,保温时间为40min烧结工艺烧结,最后得到粒径为20-30微米的NiMnIn磁性形状记忆合金。
实施例2
高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法按如下步骤进行制备:按照原子百分比取粒径为5微米的50份Ni粉、36份Mn粉、14份In粉混合,在搅拌器中转速200转/min-500转/min来搅拌金属粉末,使其混合均匀,然后将其倒入压力成型模具中,用千斤顶对模具施压,通过加压到在400-1000MPa压力下和保压2-4分钟将粉末压制成直径为10mm、高度为10mm的圆柱形试样,最后在温度1100℃,保温时间为30min烧结工艺烧结,最后得到粒径为20-30微米的NiMnIn磁性形状记忆合金。
实施例3
高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法按如下步骤进行制备:按照原子百分比取粒径为5微米的50份Ni粉、36份Mn粉、14份In粉混合,在搅拌器中转速200转/min-500转/min来搅拌金属粉末,使其混合均匀,然后将其倒入压力成型模具中,用千斤顶对模具施压,通过加压到在400-1000MPa压力下和保压2-4分钟将粉末压制成直径为10mm、高度为10mm的圆柱形试样,最后在温度1200℃,保温时间为20min烧结工艺烧结,最后得到粒径为20-30微米的NiMnIn磁性形状记忆合金。
实施例4
高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法按如下步骤进行制备:按照原子百分比取粒径为5微米的49份Ni粉、36份Mn粉、15份In粉混合,在搅拌器中转速200转/min-500转/min来搅拌金属粉末,使其混合均匀,然后将其倒入压力成型模具中,用千斤顶对模具施压,通过加压到在400-1000MPa压力下和保压2-4分钟将粉末压制成直径为10mm、高度为10mm的圆柱形试样,最后在温度1000℃,保温时间为40min烧结工艺烧结,最后得到粒径为20-30微米的NiMnIn磁性形状记忆合金。
实施例5
高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法按如下步骤进行制备:按照原子百分比取粒径为5微米的48份Ni粉、36份Mn粉、16份In粉混合,在搅拌器中转速200转/min-500转/min来搅拌金属粉末,使其混合均匀,然后将其倒入压力成型模具中,用千斤顶对模具施压,通过加压到在400-1000MPa压力下和保压2-4分钟将粉末压制成直径为10mm、高度为10mm的圆柱形试样,最后在温度1000℃,保温时间为40min烧结工艺烧结,最后得到粒径为20-30微米的NiMnIn磁性形状记忆合金。
实施例6
高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法按如下步骤进行制备:按照原子百分比取粒径为5微米的49份Ni粉、36份Mn粉、15份In粉混合,在搅拌器中转速200转/min-500转/min来搅拌金属粉末,使其混合均匀,然后将其倒入压力成型模具中,用千斤顶对模具施压,通过加压到在400-1000MPa压力下和保压2-4分钟将粉末压制成直径为10mm、高度为10mm的圆柱形试样,最后在温度1100℃,保温时间为30min烧结工艺烧结,最后得到粒径为20-30微米的NiMnIn磁性形状记忆合金。
实施例7
高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法按如下步骤进行制备:按照原子百分比取粒径为5微米的49份Ni粉、36份Mn粉、15份In粉混合,在搅拌器中转速200转/min-500转/min来搅拌金属粉末,使其混合均匀,然后将其倒入压力成型模具中,用千斤顶对模具施压,通过加压到在400-1000MPa压力下和保压2-4分钟将粉末压制成直径为10mm、高度为10mm的圆柱形试样,最后在温度1200℃,保温时间为20min烧结工艺烧结,最后得到粒径为20-30微米的NiMnIn磁性形状记忆合金。
实施例8
高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法按如下步骤进行制备:按照原子百分比取粒径为5微米的48份Ni粉、36份Mn粉、16份In粉混合,在搅拌器中转速200转/min-500转/min来搅拌金属粉末,使其混合均匀,然后将其倒入压力成型模具中,用千斤顶对模具施压,通过加压到在400-1000MPa压力下和保压2-4分钟将粉末压制成直径为10mm、高度为10mm的圆柱形试样,最后在温度1100℃,保温时间为30min烧结工艺烧结,最后得到粒径为20-30微米的NiMnIn磁性形状记忆合金。
实施例9
高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法按如下步骤进行制备:按照原子百分比取粒径为5微米的48份Ni粉、36份Mn粉、16份In粉混合,在搅拌器中转速200转/min-500转/min来搅拌金属粉末,使其混合均匀,然后将其倒入压力成型模具中,用千斤顶对模具施压,通过加压到在400-1000MPa压力下和保压2-4分钟将粉末压制成直径为10mm、高度为10mm的圆柱形试样,最后在温度1200℃,保温时间为20min烧结工艺烧结,最后得到粒径为20-30微米的NiMnIn磁性形状记忆合金。
将本发明实施例1制备的高耐磨性NiMnIn合金进行摩擦磨损的测试,摩擦系数的变化如图1所示,将熔炼炉熔炼制备的NiMnIn合金进行摩擦磨损的测试,摩擦系数的变化如图2所示。随着摩擦转数的增加,本发明实施例1制备的NiMnIn合金的摩擦系数基本维持在0.6保持不变,而经熔炼炉熔炼制备的NiMnIn合金的摩擦系数约为0.8。将本发明实施例2所得到的NiMnIn的合金和熔炼炉制备的NiMnIn合金进行磨损量测试结果如表1所示;并结合SEM对磨痕观察,从微观角度揭示高耐磨性NiMnIn合金获得的原则。本发明实施例2制备的NiMnIn合金的摩擦系数比熔炼炉熔炼的NiMnIn合金降低了25%,磨损量降低了0.0017g。
将本发明实施例2制备的高耐磨性NiMnIn合金的磨痕和熔炼炉熔炼的NiMnIn合金磨痕在在室温下进行SEM观察分析,通过图3(a)可知本发明实施例2制备的NiMnIn磨痕较窄,磨屑较少。
表1为本发明实施例2制备的高耐磨性NiMnIn合金的磨损量和熔炼炉熔炼的NiMnIn合金磨损量对比表。
表1
Figure BDA0001752536420000051
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例,而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言,在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动,都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金的制备方法,其特征在于,耐磨性NiMnIn磁性形状记忆合金按如下步骤进行制备:按照原子百分比取粒径为5微米的48-53份Ni粉、36份Mn粉、11-16份In粉混合,在搅拌器中转速200转/min-500转/min来搅拌金属粉末,使其混合均匀,然后将其倒入压力成型模具中,用千斤顶对模具施压,通过加压到在400-1000MPa压力下和保压2-4min将粉末压制成直径为10mm、高度为10mm的圆柱形试样,最后在温度1000-1200℃,保温时间为20-40min烧结工艺烧结,最后得到粒径为20-30微米的NiMnIn磁性形状记忆合金。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,按照原子百分比取粒径为5微米的48-50份Ni粉、36份Mn粉、14-16份In粉混合。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,按照原子百分比取粒径为5微米的50份Ni粉、36份Mn粉、14份In粉混合。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,按照原子百分比取粒径为5微米的49份Ni粉、36份Mn粉、15份In粉混合。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,按照原子百分比取粒径为5微米的48份Ni粉、36份Mn粉、16份In粉混合。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,烧结工艺中保温时间为30min。
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