CN1321205C - 冷轧超薄叠层合金化制备NiAl形状记忆合金薄膜 - Google Patents

冷轧超薄叠层合金化制备NiAl形状记忆合金薄膜 Download PDF

Info

Publication number
CN1321205C
CN1321205C CNB2005100201603A CN200510020160A CN1321205C CN 1321205 C CN1321205 C CN 1321205C CN B2005100201603 A CNB2005100201603 A CN B2005100201603A CN 200510020160 A CN200510020160 A CN 200510020160A CN 1321205 C CN1321205 C CN 1321205C
Authority
CN
China
Prior art keywords
cold rolling
shape memory
memory alloy
film
alloy film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2005100201603A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1667144A (zh
Inventor
文玉华
李宁
熊隆荣
胥永刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan University
Original Assignee
Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan University filed Critical Sichuan University
Priority to CNB2005100201603A priority Critical patent/CN1321205C/zh
Publication of CN1667144A publication Critical patent/CN1667144A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1321205C publication Critical patent/CN1321205C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Metal Rolling (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

本发明公开了一种冷轧超薄叠层合金化制备NiAl形状记忆合金薄膜的方法。采用塑性好，变形容易的Al箔、Ni箔为原材料，按原子组成式Ni1-xAlx确定箔的厚度，将金属箔交互重叠放置，大变形冷轧后获得超薄叠层的三明治结构，根据需要，可以将冷轧后的超薄叠层对折后再冷轧，如此反复，最后进行扩散退火合金化，获得成分均匀的NiAl形状记忆合金薄膜。组成比满足：0.355≤x≤0.37。用该方法制备的NiAl形状记忆合金薄膜具有成分容易控制，晶粒细小，疲劳寿命高，面积大和成本低的优点。

Description

冷轧超薄叠层合金化制备NiAl形状记忆合金薄膜
技术领域
本发明涉及形状记忆合金领域，具体涉及一种冷轧超薄叠层合金化制备NiAl形状记忆合金薄膜的方法。用该方法制备的薄膜具有生产工艺简单，成分容易控制，力学性能好的优点。
背景技术
现今应用的大多数形状记忆合金受其热弹性马氏体相变温度的影响，工作温度大都低于100℃，但在核动力、航空航天、汽车、电机、化工、油气勘探等工程领域，却对具有更高相变温度的高温形状记忆合金有特别的兴趣和需求。所以，高温形状记忆合金的研制和开发颇具工程应用前景，必将有助于下世纪工程技术领域自动化及自适应能力的升级。
目前高温形状记忆合金主要有：CuAlNi系、NiTi系、NiAl系。CuAlNi系合金使用温度也只在150℃～200℃左右，限制了其在更高温度范围的使用，而且目前还存在冷加工困难，晶粒粗大，疲劳寿命低的缺点。在NiTi合金的基础上，添加Pd、Pt、Au、Zr和Hf等合金元素虽然能将相变温度提高到500℃以上，但造价极为昂贵，限制了它的使用范围。
Ni含量在60～70at％的NiAl合金的Ms点随Ni的含量不同可在-150～900℃之间变化。由于合金含有大量的Al，呈现良好的高温抗氧化性能及导热性能。此外，NiAl作为高温形状记忆合金还具有熔点高(比Ni基高温合金约高250℃)、密度低(约是Ni基高温合金的2/3)、导热性好(为Ni基高温合金的4-8倍)的优点，被认为是发展潜力最大的高温形状记忆合金之一。
NiAl相对其他高温形状记忆合金具有明显的优势，本应很广泛的应用。但由于NiAl是金属间化合物，与大多数金属间化合物一样，室温几乎不能塑性变形，这严重阻碍了它的实际应用。为了改善其室温脆性，前人采用了多种方法，如合金化、细化晶粒等。用合金化法，比如加入Fe、Mn等元素，形成了具有很好塑性的γ相，但是γ相的形成致使马氏体相变温度Ms点大大降低，同时使形状记忆效应减弱；同时第二相的形成，减少合金中Al的含量，将降低合金的抗氧化性能，削弱NiAl作为高温形状记忆合金的优势，没有显著解决NiAl合金室温脆性这一关键问题，通过冷轧的方法根本不能制备NiAl合金薄膜。而薄膜驱动元件将是形状记忆合金应用的一个主要领域。
这是因为形状记忆合金的驱动受热激励，因此块体形状记忆合金的响应频率低，仅1HZ，比压电材料、磁致伸缩材料等其他驱动材料要低几个数量级。为了提高形状记忆合金的响应频率，必须采用比表面积大，散热能力强的薄膜。为了制备CuAlNi基合金薄膜，人们采用了快速凝固的方法。这种方法虽然能获得厚度小于100μm的NiAl合金薄膜的，但薄膜受到宽度的限制，不适合工业生产。
最近发展的冷轧超薄叠层合金化制备合金薄膜的方法，使得我们能采用现有的常规轧制设备，低成本大面积制备NiAl形状记忆合金薄膜。此种方法采用塑性好，变形容易的纯金属或合金箔为原材料，按设计的成分配比确定箔的厚度，将金属箔交互重叠放置，大变形冷轧后获得超薄叠层的三明治结构，根据需要，可以将冷轧后的超薄叠层对折后再次冷轧，如此反复，最后进行扩散退火合金化，获得成分均匀的合金薄膜。其生产工艺流程见附图所示。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用常规的轧制设备，通过冷轧超薄叠层合金化的方法，制备大面积、低成本NiAl形状记忆合金薄膜。
NiAl形状记忆合金薄膜的原子组成式为Ni1-xAlx，其组成比满足0.355≤x≤0.37。
冷轧超薄叠层合金化制备大面积NiAl形状记忆合金薄膜的方法：根据设计的原子组成比率，以镍箔，铝箔为原材料，交互重叠放置，大变形冷轧后获得超薄叠层的三明治结构，根据需要，可以将冷轧后的超薄叠层对折后再次冷轧，如此反复。最后在673K～923K的温度范围内保温进行扩散退火，获得成分均匀的合金薄膜。为了使薄膜具有形状记忆效应，合金化后的薄膜还需进行1373K以上的固溶加淬火的β化处理。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)首次采用冷轧合金化法制备了NiAl形状记忆合金薄膜，解决了NiAl合金在室温因脆性难以制备和加工的问题。其制备的薄膜具有较好的形状记忆效应和塑性，可以满足作为驱动材料的要求。
2)能制备大面积的NiAl形状记忆合金薄膜。采用熔体快淬和溅射法只能制备小面积的薄膜，而采用冷轧超薄叠层合金化的方法，能制取宽度大于50mm、长几米到几十米的薄膜，适合大规模工业生产。
3)制备的NiAl形状记忆合金薄膜塑性较好，疲劳寿命高。采用冷轧超薄叠层合金化制备的NiAl合金薄膜晶粒细小，仅几个μm，比目前合金的晶粒低一个数量级，因此具有较好的塑性和较高的疲劳寿命。
4)所制备的薄膜具有低成本高性能的特点。由于组元具有良好的冷变形能力，因此利用现有的冷轧设备就可生产，不需要昂贵的特殊设备，所以成本较低。具有很强的市场竞争力。
附图说明
本发明冷轧超薄叠层合金化制备NiAl形状记忆合金薄膜的加工路线示意图。
具体实施方式
本发明制备的NiAl形状记忆合金薄膜的原子组成式为Ni1-xAlx，其组成比满足0.355≤x≤0.37。
研究表明当二元NiAl合金的Ms点高于530K以上时，马氏体向Ni5Al3相的转变将先于马氏体的逆转变，因此要使二元NiAl合金具有形状记忆效应，合金的Ms点必须低于530K。但如果Ms点过低，合金又将失去应用价值。因此0.355≤x≤0.37。
实施例1
根据设计的成分配方Ni0.63Al0.37，采用厚度为0.180mm的Ni箔，0.160mm的Al箔为原材料，交互重叠放置10层。首先以65％的变形量冷轧到1.200mm，然后再冷轧到0.080mm，将冷轧的薄膜对折重叠，再冷轧到0.080mm，如此反复10道次。最后将冷轧10道次的薄膜于773K下保温50小时，进行合金化。合金化后的薄膜再加热到1373K，保温0.5小时水淬，电阻法测定合金的Ms点为271K，243K弯曲3％加热后形状完全恢复。
实施例2
根据设计的成分配方Ni0.635Al0.365，采用厚度为0.140mm的Ni箔，0.122mm的Al箔为原材料，交互重叠放置10层。首先以62％的变形量冷轧到1.000mm，然后再冷轧到0.080mm，将冷轧的薄膜对折重叠，再冷轧到0.080mm，如此反复10道次。最后将冷轧10道次的薄膜于873K下保温30小时，进行合金化。合金化后的薄膜再加热到1423K，保温0.3小时水淬，电阻法测定合金的Ms点为342K，室温弯曲3％加热后形状完全恢复。
实施例3
根据设计的成分配方Ni0.64Al0.36，采用厚度为0.140mm的Ni箔，0.119mm的Al箔为原材料，交互重叠放置10层。首先以69％的变形量冷轧到0.800mm，然后再冷轧到0.050mm，将冷轧的薄膜对折重叠，再冷轧到0.050mm，如此反复10道次。最后将冷轧10道次的薄膜于923K下保温20小时，进行合金化。合金化后的薄膜再加热到1473K，保温0.25小时水淬，电阻法测定合金的Ms点为419K，室温弯曲3％加热后形状完全恢复。
实施例4
根据设计的成分配方Ni0.645Al0.355，采用厚度为0.120mm的Ni箔，0.100mm的Al箔为原材料，交互重叠放置10层。首先以64％的变形量冷轧到0.800mm，然后再冷轧到0.040mm，将冷轧的薄膜对折重叠，再冷轧到0.040mm，如此反复10道次。最后将冷轧10道次的薄膜于923K下保温20小时，进行合金化。合金化后的薄膜再加热到1523K，保温0.25小时水淬，电阻法测定合金的Ms点为492K，室温弯曲3％加热后形状完全恢复。
实施例5
根据设计的成分配方Ni0.645Al0.355，采用厚度为0.180mm的Ni箔，0.150mm的Al箔为原材料，交互重叠放置10层。首先以70％的变形量冷轧到1.000mm，然后再冷轧到0.060mm，将冷轧的薄膜对折重叠，再冷轧到0.060mm，如此反复10道次。最后将冷轧10道次的薄膜于923K下保温20小时，进行合金化。合金化后的薄膜再加热到1573K，保温0.2小时水淬，电阻法测定合金的Ms点为488K，室温弯曲3％加热后形状完全恢复。

Claims (5)

1、一种冷轧超薄叠层合金化制备的NiAl形状记忆合金薄膜，其特征在于原子组成式为Ni1-xAlx，组成比满足：0.355≤x≤0.37。
2、一种制各权利要求1所述NiAl形状记忆合金薄膜的方法，是以纯金属Al箔，金属Ni箔为原材料，按原子组成式Ni1-xAlx确定箔的厚度，将金属箔交互重叠放置，以大变形冷轧复合，根据需要，可以将冷轧复合的超薄叠层对折后再大变形冷轧，如此反复，获得所需要厚度的薄膜，最后将冷轧复合的超薄叠层薄膜，在673K～923K温度范围进行保温，扩散退火合金化，获得成分均匀的合金薄膜。为了使薄膜具有形状记忆效应，合金化后的薄膜还需进行1373K以上的固溶加淬火的β化处理。
3、根据权利要求2所述的形状记忆合金薄膜的制备方法，其特征在于冷轧复合时变形量为50％～99％。
4、根据权利要求2所述的形状记忆合金薄膜的制备方法，其特征在于扩散退火的温度为773K～923K，保温时间为20～50小时。
5、根据权利要求2所述的形状记忆合金薄膜的制备方法，其特征在于β化处理的温度为1373K～1573K，保温时间为0.2～0.5小时。
CNB2005100201603A 2005-01-13 2005-01-13 冷轧超薄叠层合金化制备NiAl形状记忆合金薄膜 Expired - Fee Related CN1321205C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100201603A CN1321205C (zh) 2005-01-13 2005-01-13 冷轧超薄叠层合金化制备NiAl形状记忆合金薄膜

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100201603A CN1321205C (zh) 2005-01-13 2005-01-13 冷轧超薄叠层合金化制备NiAl形状记忆合金薄膜

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1667144A CN1667144A (zh) 2005-09-14
CN1321205C true CN1321205C (zh) 2007-06-13

Family

ID=35038422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100201603A Expired - Fee Related CN1321205C (zh) 2005-01-13 2005-01-13 冷轧超薄叠层合金化制备NiAl形状记忆合金薄膜

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1321205C (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103057203B (zh) * 2013-01-24 2015-05-20 哈尔滨工业大学 一种层状NiAl材料及其制备方法
CN104399750B (zh) * 2014-10-23 2016-06-29 哈尔滨工程大学 一种TiNi记忆合金板材的制备方法
CN107081345B (zh) * 2017-06-14 2018-10-02 哈尔滨工业大学 一种NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法
CN110142332B (zh) * 2019-05-27 2020-07-07 大连理工大学 一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法
CN113231465B (zh) * 2021-05-13 2022-05-13 太原理工大学 一种大尺寸Ni-Ni3Al-NiAl层状结构复合板的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6046801A (ja) * 1983-08-23 1985-03-13 Toyo Alum Kk 表面に金属層を有するアルミニウム箔の製造方法
CN1070230A (zh) * 1991-09-06 1993-03-24 中国科学院金属研究所 一种钛镍合金箔及板材的制取工艺
JP2001329351A (ja) * 2000-05-22 2001-11-27 Nippon Metal Ind Co Ltd 積層圧延による形状記憶合金の製造方法及び形状記憶合金

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6046801A (ja) * 1983-08-23 1985-03-13 Toyo Alum Kk 表面に金属層を有するアルミニウム箔の製造方法
CN1070230A (zh) * 1991-09-06 1993-03-24 中国科学院金属研究所 一种钛镍合金箔及板材的制取工艺
JP2001329351A (ja) * 2000-05-22 2001-11-27 Nippon Metal Ind Co Ltd 積層圧延による形状記憶合金の製造方法及び形状記憶合金

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NiAl合金的高温形状记忆效应 程天一，金属学报，第30卷第9期 1994 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN1667144A (zh) 2005-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jiang et al. Review of porous intermetallic compounds by reactive synthesis of elemental powders
WO2009147861A1 (ja) 易成形性マグネシウム合金板材及びその作製方法
KR101032126B1 (ko) 가공성이 우수한 고 Ａｌ 함유 강판 및 그 제조 방법
CN1321205C (zh) 冷轧超薄叠层合金化制备NiAl形状记忆合金薄膜
CN101654759B (zh) 一种磁致伸缩材料及其制备方法
Ishikawa et al. Microstructure and hydrogen permeation of cold rolled and annealed Nb40Ti30Ni30 alloy
US7828915B2 (en) Method for making Mg-based intermetallic compound
US20070183921A1 (en) Bulk solidified quenched material and process for producing the same
US9266071B2 (en) Hydrogen separation alloy and method for producing same
CN105058914A (zh) 一种层状Ti-Ni形状记忆复合材料及其制备方法
Ishikawa et al. Hydrogen permeation in anisotropic Nb–TiNi two-phase alloys formed by forging and rolling
CN1330781C (zh) 冷轧超薄叠层合金化制备CuAlNiMn形状记忆合金薄膜
Liao et al. Low-temperature thermoplastic welding of metallic glass ribbons for in-space manufacturing
Wang et al. Microstructure and shape memory properties of Cu-Al-Fe alloys with different Al contents made by additive manufacturing technology
Shi Microstructure and hydrogen permeability of Nb40Hf30Ni30 ternary alloy
US20060185772A1 (en) Process for producing heat-resistant intermetallic compound Ni3Al foil having room-temperature ductility and heat-resistant intermetallic compound Ni3Al foil having room-temperature ductility
Ozdemir et al. Characterization of NiAl with cobalt produced by combustion synthesis
JP5310541B2 (ja) 水素透過合金及びその製造方法
JP4953337B2 (ja) 水素分離・精製用複相合金
CN109732087B (zh) 一种粉末冶金Ti-Ta二元金属-金属基层状复合材料的制备方法
CN101994016A (zh) 钛-铝合金材料及其制作方法
JP2001329351A (ja) 積層圧延による形状記憶合金の製造方法及び形状記憶合金
CN1667143A (zh) 冷轧超薄叠层合金化制备NiTiHf形状记忆合金薄膜
CN102242301A (zh) 一种Gd基室温磁制冷材料及其制备方法
Tang et al. Changes in hydrogen permeability and microstructures of Nb-(Ti, Zr) Ni alloys by cold rolling and annealing

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070613

Termination date: 20100222