专利名称：一种具有线性超弹性的Ni-Fe-Al合金及其制备方法
技术领域：
本发明属于合金材料技术领域，涉及一种具有线性超弹性的合金及其制备方法，更具 体的说，是涉及一种具有线性超弹性的Ni-Fe-Al合金及其粉末冶金制备方法。
背景技术：
目前国内外对Ti-Ni系、Cu基、Fe基及磁性等超弹性合金系报道较多。 Ni-Ti合金具有比强度高、生物相容性好、优良的阻尼性，以及无磁、耐腐蚀、耐磨损 等特性，在相变区域具有良好的超弹性，经一定工艺处理后，线性超弹性应变量可达到4%， 非线性超弹性应变量可达8W左右。但Ti-Ni合金相变温度低，且价格昂贵，加工成形困难。 Cu基合金是热弹性的，形状记忆效应和超弹性是这类材料的本质特征，具有潜在的超 弹性应用和减振、阻尼应用，价格低廉，记忆应变与恢复力高，其典型代表是Cu-Zn-Al、 Cu-Al-Ni、 Cu-Al-Be等合金。但Cu-Al-Ni合金丝材在高温下焊接时丝材组织发生变化，受 热部位变硬，弹性变差，弯曲不均匀；Cu-Al-Ni合金丝材的塑性不够，冷加工性能在许多 情况下不能满足应用的要求；Cu-Al-Be合金存在马氏体稳定化、易发生晶界破坏及疲劳寿 命短等缺点。
Fe基合金以其极好的可加工性和低廉的制备成本，现已成为材料科学与工程中一个备 受关注的课题，尤以Fe-Mn-Si系合金在合金强度、塑性、加工性能及可提供宏观可逆应变 等方面性能超群，但Fe-Mn-Si三元合金由于层错能低难以实现交滑移而成形加工性很差， 成材率低，且易生锈。
近十年来，由于首先在NiMnGa体系中发现磁致马氏体相变，引起了磁致形状记忆合 金研究的热潮，出现了除NiMnGa体系以外，诸如CoNiGa、 CoNiAl、 FePt/Pd, NiMnAl 等诸多形状记忆合金。其中，CoNiGa合金的超弹性应变超过4W，但CoNiGa合金在应力 作用下脆性较低。NiAl合金具有熔点高、密度低、热传导性好和抗高温氧化能力优异等特 点，是一种很有前途的航空航天耐热结构材料，由于其高的相转变温度和高温形状记忆效 应而得到广泛关注，但多晶P基NiAl塑性流变没有充足的滑移系，晶粒与晶粒间的协调 变形能力差，因此常温下合金很脆，冷变形能力差。
Ni-Fe-Al合金是在NiAl热弹马氏体相变特性的基础上发展起来的。鉴于具有(^+y)双 相组织的Ni-Fe-Al合金具有良好的室温延性、高的力学性能、可以通过改变成分而在很宽的温度范围内调节其相变温度、合金淬火态在应力作用下呈现出良好的线性超弹性等特点 而具有很好的研究价值。但是，Ni-Fe-Al合金冷变形能力有限，虽然有好的热加工性能， 但其热加工温度必须在130(TC以上，对模具的要求较高，加工条件苛刻；并且熔铸法制备 的Ni-Fe-Al合金成分难以精确控制，易产生成分偏析，进而影响材料的性能，限制了该合 金的研究开发。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好线性超弹性Ni-Fe-Al合金及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明所述的Ni-Fe-Al合金，按原子百分比由如下组分组成，镍 (Ni)为56.5 51%，铁(Fe)为18.5 22%，其余为铝(A1)，再按上述成分进行配比，采用粉 末冶金技术直接制备，并将合金烧结坯在110(TC 128(TC温度下进行淬火处理，得到部分 或全部马氏体相，以使合金呈现线性超弹性。
上述各合金元素原料均为粉末，羰基镍(Ni)粉，粒径为2.36 iam，纯度〉99.7%;羰基 铁(Fe)粉粒径为3.36|nm，纯度>98.4%;微细球形铝(A1)粉，粒径为6.00 jam，纯度>99.8%。
本发明具有线性超弹性的Ni-Fe-Al合金的制备方法，包括以下步骤
a) 混料按成分配比称取粉末，置于混料桶内混合均匀。
b) 压制以500MPa压制压力将粉末压制成形。
c) 烧结在128(TC的烧结温度下真空烧结，保温时间为1.5 2h，随炉冷却。
d) 热处理合金烧结坯经过1100'C 128(TC温度淬火处理，从而得到本发明具有线性 超弹性的Ni-Fe-Al合金。
本发明的采用粉末冶金技术制备并经过淬火处理，可获得具有完全线性超弹性的 Ni-Fe-Al合金。通过本发明的具有线性超弹性Ni-Fe-Al合金的制备方法，可解决加工成形 困难的问题及熔铸法易产生偏析的问题，使合金成分更趋于均匀，并能够很好的控制烧结 过程中合金的晶粒长大。该合金还可通过改变淬火温度，改变马氏体相变温度，扩大该合 金的应用温度范围，并具有优良的超弹性。这样，就大大拓展了Ni-Fe-Al合金的应用领域。 同时，由于本发明的线性超弹性Ni-Fe-Al合金的制备成本低廉，原材料也比较容易获得， 进一步扩展了该合金的应用前景。
图1为实施例7拉伸应力-应变曲线。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的内容不局限于实施例。 实施例l:
步骤1)按原子百分比分别称取组分镍(Ni)为56.5%，铁(Fe)为18.5%，铝(A1)为25%, 将这三种粉末置于混料桶中混合均匀。
步骤2)以500MPa压制压力将粉末压制成形。
步骤3)在128(TC的烧结温度下真空烧结，保温时间为2h，随炉冷却。 步骤4)将合金烧结坯加热至128(TC并保温2h,取出立即做淬火处理。
对上述制备的Ni56.5Fe^Al25合金进行力学性能检测，发现合金淬火态呈现出完全线性
超弹性，弹性回复量为4.3%。 实施例2:
步骤1)按原子百分比分别称取组分镍(Ni)为56.5%,铁(Fe)为18.5%，铝(A1)为25%, 将这三种粉末置于混料桶中混合均匀。
步骤2)以500MPa压制压力将粉末压制成形。
步骤3)在1280'C的烧结温度下真空烧结，保温时间为2h，随炉冷却。 步骤4)将合金烧结坯加热至1200'C并保温16h，取出立即做淬火处理。
对上述制备的Ni56.5Fe化5Al25合金进行力学性能检测，发现合金淬火态呈现出完全线性
超弹性，弹性回复量为4.2%。 实施例3:
步骤1)按原子百分比分别称取组分镍(Ni)为56%，铁(Fe)为19%，铝(A1)为25%，
将这三种粉末置于混料桶中混合均匀。
步骤2)以500MPa压制压力将粉末压制成形。
步骤3)在1280'C的烧结温度下真空烧结，保温时间为2h，随炉冷却。 步骤4)将合金烧结坯加热至1280。C并保温2h，取出立即做淬火处理。 对上述制备的Ni56Fe^Al25合金进行力学性能检测，发现合金淬火态呈现出完全线性超 弹性，弹性回复量为4.2%。
实施例4:
步骤1)按原子百分比分别称取组分镍(Ni)为56%，铁(Fe)为19%,铝(A1)为25%， 将这三种粉末置于混料桶中混合均匀。
步骤2)以500MPa压制压力将粉末压制成形。步骤3)在1280'C的烧结温度下真空烧结，保温时间为2h，随炉冷却。 步骤4)将合金烧结坯加热至1200'C并保温16h，取出立即做淬火处理。 对上述制备的Ni56Fe^Al25合金进行力学性能检测，发现合金淬火态呈现出完全线性超 弹性，弹性回复量为4.4%。
实施例5:
步骤1)按原子百分比分别称取组分镍(Ni)为56%，铁(Fe)为19%，铝(A1)为25%， 将这三种粉末置于混料桶中混合均匀。
步骤2)以500MPa压制压力将粉末压制成形。
步骤3)在1280'C的烧结温度下真空烧结，保温时间为2h，随炉冷却。 步骤4)将合金烧结坯加热至1100'C并保温18.5h，取出立即做淬火处理。 对上述制备的Ni56FewAl25合金进行力学性能检测，发现合金淬火态呈现出完全线性超 弹性，弹性回复量为3.3%。
实施例6:
步骤1)按原子百分比分别称取组分镍(Ni)为54%，铁(Fe)为20%,铝(A1)为26%， 将这三种粉末置于混料桶中混合均匀。
步骤2)以500MPa压制压力将粉末压制成形。
步骤3)在128(TC的烧结温度下真空烧结，保温时间为1.5h，随炉冷却。 步骤4)将合金烧结坯加热至120(TC并保温0.5h，取出立即做淬火处理。 对上述制备的Ni54Fe2oAl26合金进行力学性能检测，发现合金淬火态呈现出完全线性超 弹性，弹性回复量为5.8%。
实施例7:
步骤l)按原子百分比分别称取组分镍(Ni)为5P/。，铁(Fe)为22M，铝(A1)为27%, 将这三种粉末置于混料桶中混合均匀。
步骤2)以500MPa压制压力将粉末压制成形。
步骤3)在128(TC的烧结温度下真空烧结，保温时间为2h，随炉冷却。 步骤4)将合金烧结坯加热至120(TC并保温lh，取出立即做淬火处理。 对上述制备的NiMFe22Al27合金进行力学性能检测，发现合金淬火 呈现出完全线性超 弹性，弹性回复量为6.3%。
权利要求
1.一种具有线性超弹性的Ni-Fe-Al合金，其特征在于按原子百分比，组分镍为56.5-51％，铁为18.5-22％，余量为铝。
2. 根据按权利要求l所述具有线性超弹性的Ni-Fe-Al合金，其特征在于所述组分镍 为粉末，属微米级羰基镍粉，粒径《3.00um，纯度>99.7%。
3. 根据按权利要求l所述具有线性超弹性的Ni-Fe-Al合金，其特征在于所述组分铁 为粉末，属微米级羰基铁粉，粒径为《4.00um，纯度>98.4%。
4. 根据按权利要求l所述具有线性超弹性的Ni-Fe-Al合金，其特征在于所述组分铝 为粉末，属微细球形铝粉，粒径为《6.00nm，纯度>99.8%。
5. —种制备如权利要求1所述具有线性超弹性的Ni-Fe-Al合金的制备方法，其特征在 于，采用粉末冶金技术直接制备Ni-Fe-Al合金，具体包含下列步骤a) 混料按成分配比称取粉末，置于混料桶内混合均匀；b) 压制以500MPa压制压力将粉末压制成形；c) 烧结在128(TC的烧结温度下真空烧结，保温时间为1.5 2h，随炉冷却；d) 热处理合金烧结坯经过110(TC 128(TC温度淬火处理，从而得到本发明具有线性 超弹性的Ni-Fe-Al合金。
全文摘要
本发明公开了一种具有线性超弹性的Ni-Fe-Al合金及其制备方法，该合金的组分和含量(按原子百分比)是镍(Ni)为56.5-51％，铁(Fe)为18.5-22％，其余为铝(Al)。采用粉末冶金技术直接制备Ni-Fe-Al合金，其过程包括混料、压制、烧结和热处理(淬火)。该合金烧结坯经过淬火处理后呈现线性超弹性，弹性回复量为3~7％。本发明的应用范围大，在实际工程中利用超弹性可以吸收和耗散结构的振动能量，可用于制作机械类传感与控制元件，人体矫形元件，阻尼元件，高效能弹性元件，吸波减震、防噪音装置，结构件的过载保护监测与预报。
文档编号C21D1/18GK101608274SQ20091004383
公开日2009年12月23日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者静 卢, 罗丰华 申请人:中南大学