CN112059181A - 一种镍锰铟形状记忆合金零件及其4d成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合金成型制造领域，并具体公开了一种镍锰铟形状记忆合金零件及其4D成形方法，成形镍锰铟形状记忆合金零件具体包括如下步骤：S1在惰性气体保护下，将镍、锰、铟的粉末进行混合，得到混合金属粉末；S2采用选区激光熔化技术将混合金属粉末成形为初始磁性形状记忆合金零件；S3在惰性气体保护下，对初始磁性形状记忆合金零件进行加热，并保温一段时间后炉冷，得到镍锰铟形状记忆合金零件。本发明基于4D打印技术成形镍锰铟的待处理零件，并对零件的后续处理工艺参数进行了优化，实现了零件致密度及各项机械性能的优异结合，可得到具有可观形状记忆效应的零件。

Description

一种镍锰铟形状记忆合金零件及其4D成形方法
技术领域
本发明属于合金成型制造领域，更具体地，涉及一种镍锰铟形状记忆合金零件及其4D成形方法。
背景技术
磁性形状记忆合金目前已经得到了广泛的研究，是应用于传感器和驱动器中具备极大潜力的材料。它主要的特征是可以利用磁场来驱动形变，不仅具有变形大的优点，而且该材料响应频率也较高。目前，各国学者研究最多的当属镍锰基哈斯勒合金，例如镍锰铟、镍锰镓等材料。其中镍锰铟类型合金在形变时可以产生更大的输出应力，在7T的磁场中这个值大约是铁磁形状记忆合金的50倍。在理论上为多晶材料的变形提供了理论基础。
目前制备材料的方式有电弧熔炼法，甩带法以及利用聚合物与合金颗粒制作成复合材料等方式。传统方式制作的单晶材料虽然具有可观的应变，但是制备零件一般较小，并且无法生产高复杂度的零件，而哈斯勒合金由于其较大的脆性也让其后期加工比较困难。选区激光熔化技术工艺具有以逐层叠加制造复杂结构的优点，无需后续的冷加工。因此，该技术的成熟应用为解决镍锰铟可加工性差的问题提供了一种新的解决方案与制造路线。
目前，国内外还未报道4D打印技术成形镍锰铟形状记忆合金零件的案例，选区激光熔化技术工艺参数对镍锰铟合金零件的强度、韧性、塑性、耐腐蚀和几何特征特别是形状记忆效应具有很大的影响。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种镍锰铟形状记忆合金零件及其4D成形方法，其目的在于，基于4D打印技术成形镍锰铟的待处理零件，并对其后续处理的工艺参数进行优化，实现零件致密度及各项机械性能的优异结合，得到具有可观形状记忆效应的零件。
为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种镍锰铟形状记忆合金零件4D成形方法，包括如下步骤：
S1在惰性气体保护下，将镍、锰、铟的粉末进行混合，得到混合金属粉末；
S2采用选区激光熔化技术将混合金属粉末成形为初始磁性形状记忆合金零件；
S3在惰性气体保护下，对初始磁性形状记忆合金零件进行加热，并保温一段时间后炉冷，得到镍锰铟形状记忆合金零件。
作为进一步优选的，所述镍、锰、铟的原子比为50:36.7:13.3。
作为进一步优选的，所述粉末为纯镍、纯锰、纯铟粉末，且粉末粒度为10μm～50μm。
作为进一步优选的，所述S1中，先在行星球磨机中进行镍与锰的合金化混粉，然后将铟粉末与合金化的镍锰粉末在机械混粉机下进行混粉。
作为进一步优选的，在行星球磨机中进行镍与锰的合金化混粉时，料筒转速为350r/m，时间为72小时；将铟粉末与合金化的镍锰粉末在机械混粉机下进行混粉时，料筒转速为30r/m，时间为24小时。
作为进一步优选的，所述S1中，将镍、锰、铟的粉末直接进行气雾化，得到混合金属粉末。
作为进一步优选的，所述S2中，在镍锰材料基板上成形初始磁性形状记忆合金零件，且所述选区激光熔化技术成形的工艺参数为：激光功率300W～400W，扫描速度300mm/s～500mm/s，铺粉厚度40μm～50μm，扫描间距100μm～120μm，基板预热温度100℃～150℃。
作为进一步优选的，所述S3中，将初始磁性形状记忆合金零件加热至900摄氏度并保温24小时后炉冷。
作为进一步优选的，所述S3中，升温速率为480℃/h。
按照本发明的另一方面，提供了一种镍锰铟形状记忆合金零件，其采用上述4D成形方法制备得到。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明基于4D打印技术成形镍锰铟的待处理零件，并对其后续处理的工艺参数进行优化，实现了零件致密度及各项机械性能的优异结合，可得到具有可观形状记忆效应的零件。
2.本发明通过选区激光熔化技术制备镍锰铟形状记忆合金零件，使得镍锰铟合金零件的结构复杂度能够突破传统制备技术的限制，使得镍锰铟合金的应用范围更加广泛；同时进一步对成形时参数进行优化，能够提高成形效率，同时保证零件性能和精度。
3.本发明通过对镍锰铟合金的组分进行优化设计，使其适用于4D打印技术制备，能够有效提高镍锰铟合金的4D打印可加工性能。
4.本发明对加热过程中的升温速率、保温时间等条件进行优化，能够细化晶粒，消除在SLM成形过程中形成的缺陷，从而提高合金的拉伸塑性和屈服强度性能。
附图说明
图1是本发明实施例镍锰铟形状记忆合金零件成形工艺流程图；
图2是本发明实施例镍锰铟形状记忆合金零件的热处理工艺图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供的一种镍锰铟形状记忆合金零件4D成形方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1在惰性气体保护下，将镍、锰、铟的粉末进行混合，得到混合金属粉末；其中，镍、锰、铟的原子比为50:36.7:13.3；所述粉末为纯镍、纯锰、纯铟粉末，且粉末粒度为10μm～50μm；
具体的，先在行星球磨机中进行镍与锰的合金化混粉，然后将铟粉末与合金化的镍锰粉末在机械混粉机下进行混粉；或者将镍、锰、铟的粉末直接进行气雾化，得到混合金属粉末。
进一步的，在行星球磨机中进行镍与锰的合金化混粉时，在氩气保护下进行，料筒转速为350r/m，时间为72小时；将铟粉末与合金化的镍锰粉末在机械混粉机下进行混粉时，料筒转速为30r/m，时间为24小时。
S2采用选区激光熔化技术将混合金属粉末成形为初始磁性形状记忆合金零件；
进一步的，采用镍锰材料基板进行4D打印成形，所述选区激光熔化技术成形的工艺参数为：激光功率300W～400W，扫描速度300mm/s～500mm/s，铺粉厚度40μm～50μm，扫描间距100μm～120μm，基板预热温度100℃～150℃。
S3在惰性气体保护下，将初始磁性形状记忆合金零件加热至900摄氏度并保温24小时后炉冷，加热时升温速率优选为480℃/h，如图2所示，从而得到镍锰铟形状记忆合金零件，完成镍锰铟形状记忆合金零件制备。
以下为具体实施例：
实施例1
(a)将纯镍与锰金属粉末按照原子比50:36.7放入行星球磨机内，球料比为4:1，设置转速为350r/m，时间为72小时，通入氩气保护；
(b)将第一步制备好的镍锰合金粉末与纯铟金属粉末放入机械混料机中混粉，设置料筒转速为30r/m，混粉时间为24小时；
(c)采用选区激光熔化技术制备镍锰铟合金的待处理零件，激光功率为400W，扫描速度为400mm/s，层厚为40μm，扫描间距为120μm，基板预热温度为100℃；
(d)将4D打印成形的镍锰铟合金零件放入高温箱式炉内，并在炉内通入氩气；再将高温箱式炉升温到900℃，升温速度为480℃/h，保温24h，保温结束后炉冷。
实施例2
(a)将纯镍与锰金属粉末按照原子比50:36.7放入行星球磨机内，球料比为4:1，设置转速为350r/m，时间为72小时，通入氩气保护；
(b)将第一步制备好的镍锰合金粉末与纯铟金属粉末放入机械混料机中混粉，设置料筒转速为30r/m，混粉时间为24小时；
(c)采用选区激光熔化技术制备镍锰铟合金的待处理零件，激光功率为400W，扫描速度为300mm/s，层厚为40μm，扫描间距为120μm，基板预热温度为100℃。
(d)将4D打印成形的镍锰铟合金零件放入高温箱式炉内，并在炉内通入氩气；再将高温箱式炉升温到900℃，升温速度为480℃/h，保温24h，保温结束后炉冷。
实施例3
(a)将纯镍与锰金属粉末按照原子比50:36.7放入行星球磨机内，球料比为4:1，设置转速为350r/m，时间为72小时，通入氩气保护；
(b)将第一步制备好的镍锰合金粉末与纯铟金属粉末放入机械混料机中混粉，设置料筒转速为30r/m，混粉时间为24小时；
(c)采用选区激光熔化技术制备镍锰铟合金的待处理零件，激光功率为400W，扫描速度为500mm/s，层厚为40μm，扫描间距为120μm，基板预热温度为100℃。
(d)将4D打印成形的镍锰铟合金零件放入高温箱式炉内，并在炉内通入氩气；再将高温箱式炉升温到900℃，升温速度为480℃/h，保温24h，保温结束后炉冷。
实施例4
(a)将纯镍与锰金属粉末按照原子比50:36.7放入行星球磨机内，球料比为4:1，设置转速为350r/m，时间为72小时，通入氩气保护；
(b)将第一步制备好的镍锰合金粉末与纯铟金属粉末放入机械混料机中混粉，设置料筒转速为30r/m，混粉时间为24小时；
(c)采用选区激光熔化技术制备镍锰铟合金的待处理零件，激光功率为370W，扫描速度为400mm/s，层厚为40μm，扫描间距为120μm，基板预热温度为100℃。
(d)将4D打印成形的镍锰铟合金零件放入高温箱式炉内，并在炉内通入氩气；再将高温箱式炉升温到900℃，升温速度为480℃/h，保温24h，保温结束后炉冷。
实施例5
(a)将纯镍与锰金属粉末按照原子比50:36.7放入行星球磨机内，球料比为4:1，设置转速为350r/m，时间为72小时，通入氩气保护；
(b)将第一步制备好的镍锰合金粉末与纯铟金属粉末放入机械混料机中混粉，设置料筒转速为30r/m，混粉时间为24小时；
(c)采用选区激光熔化技术制备镍锰铟合金的待处理零件，激光功率为370W，扫描速度为300mm/s，层厚为40μm，扫描间距为120μm，基板预热温度为100℃。
(d)将4D打印成形的镍锰铟合金零件放入高温箱式炉内，并在炉内通入氩气；再将高温箱式炉升温到900℃，升温速度为480℃/h，保温24h，保温结束后炉冷。
实施例6
(a)将纯镍与锰金属粉末按照原子比50:36.7放入行星球磨机内，球料比为4:1，设置转速为350r/m，时间为72小时，通入氩气保护；
(b)将第一步制备好的镍锰合金粉末与纯铟金属粉末放入机械混料机中混粉，设置料筒转速为30r/m，混粉时间为24小时；
(c)采用选区激光熔化技术制备镍锰铟合金的待处理零件，激光功率为370W，扫描速度为500mm/s，层厚为40μm，扫描间距为120μm，基板预热温度为100℃。
(d)将4D打印成形的镍锰铟合金零件放入高温箱式炉内，并在炉内通入氩气；再将高温箱式炉升温到900℃，升温速度为480℃/h，保温24h，保温结束后炉冷。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种镍锰铟形状记忆合金零件的4D成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1在惰性气体保护下，将镍、锰、铟的粉末进行混合，得到混合金属粉末；
S2采用选区激光熔化技术将混合金属粉末成形为初始磁性形状记忆合金零件；
S3在惰性气体保护下，对初始磁性形状记忆合金零件进行加热，并保温一段时间后炉冷，得到镍锰铟形状记忆合金零件。
2.如权利要求1所述的镍锰铟形状记忆合金零件的4D成形方法，其特征在于，所述镍、锰、铟的原子比为50:36.7:13.3。
3.如权利要求1所述的镍锰铟形状记忆合金零件的4D成形方法，其特征在于，所述粉末为纯镍、纯锰、纯铟粉末，且粉末粒度为10μm～50μm。
4.如权利要求1所述的镍锰铟形状记忆合金零件的4D成形方法，其特征在于，所述S1中，先在行星球磨机中进行镍与锰的合金化混粉，然后将铟粉末与合金化的镍锰粉末在机械混粉机下进行混粉。
5.如权利要求4所述的镍锰铟形状记忆合金零件的4D成形方法，其特征在于，在行星球磨机中进行镍与锰的合金化混粉时，料筒转速为350r/m，时间为72小时；将铟粉末与合金化的镍锰粉末在机械混粉机下进行混粉时，料筒转速为30r/m，时间为24小时。
6.如权利要求1所述的镍锰铟形状记忆合金零件的4D成形方法，其特征在于，所述S1中，将镍、锰、铟的粉末直接进行气雾化，得到混合金属粉末。
7.如权利要求1所述的镍锰铟形状记忆合金零件的4D成形方法，其特征在于，所述S2中，在镍锰材料基板上成形初始磁性形状记忆合金零件，且所述选区激光熔化技术成形的工艺参数为：激光功率300W～400W，扫描速度300mm/s～500mm/s，铺粉厚度40μm～50μm，扫描间距100μm～120μm，基板预热温度100℃～150℃。
8.如权利要求1所述的镍锰铟形状记忆合金零件的4D成形方法，其特征在于，所述S3中，将初始磁性形状记忆合金零件加热至900摄氏度并保温24小时后炉冷。
9.如权利要求1所述的镍锰铟形状记忆合金零件的4D成形方法，其特征在于，所述S3中，升温速率为480℃/h。
10.一种镍锰铟形状记忆合金零件，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的4D成形方法制备而成。
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CN115198123B (zh) * 2022-06-09 2023-09-22 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种镍锰锡形状记忆合金的增材制造方法及镍锰锡形状记忆合金

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