专利名称：一种基于电镀热扩散制备Co-Ni-Al合金的方法
技术领域：
本发明涉及磁控形状记忆金属功能材料制备技术，具体涉及一种基于电镀热扩散制备Co-Ni-Al合金的方法。
背景技术：
磁性形状记忆合金，(Magnetic Shape Memory Alloy, MSMA)不但具有传统形状记忆合金受温度场控制的热弹性形状记忆效应，而且具有受磁场控制的磁性形状记忆效应。 因此，合金兼有大恢复应变、大输出应力、高响应频率和可精确控制的综合特性，使其可能在大功率水下声纳、微位移器、震动和噪声控制、线性马达、微波器件、机器人等领域有重要应用，有望成为压电陶瓷和磁致伸缩材料之后的新一代驱动与传感材料。目前，已发现的磁性形状记忆合金主要包括Ni系合金Ni-Mn-Ga, Ni-Al-Mn, Ni-Co-Al, Ni-Fe-Ga-Co等；Co 系合金 Co-Μη, Co-Ni, Co-Ni-Ga 等；Fe 系合金 Fe-Pd, Fe-Mn-Si, Fe-Ni-Co-Ti, Fe-Pt,等·其中，Ni-Mn-Ga合金是最早发现的MSMA，其研究较为成熟，已有应用于直线驱动器、直线电机等方面的报道，但合金性能的稳定性和重复性不够理想。
Co基铁磁形状记忆合金包括Co-Ni-Ga和Co-Ni-Al两类合金，具有磁晶各向异性能大和热加工性能优异等优点。Co-Ni-Al是唯一一种以共晶方式凝固的MSMA，且存在宽结晶范围的两相共存区，并在功能成分范围内展现出丰富的多相共存行为，制备方法相对简单，价格低廉，具有较大的应用前景。
国内外研究学者采用常规凝固、深过冷凝固、定向凝固、快速凝固及粉末冶金的方法等制备条件下Co-Ni-Al合金，具有良好的应变诱发形状记忆效应，但仍未解决CoNiAl 合金的驱动磁场大、磁致应变小的技术瓶颈。
本发明利用在铝箔进行复合电镀Co-Ni合金，通过调整热处理工艺参数，最终制备出综合性能优良的Co-Ni-Al合金。发明内容
本发明提供的一种基于电镀热扩散制备Co-Ni-Al合金的方法，有如下步骤1)在纯铝基材表面电镀Co-Ni合金镀层，上述Co-Ni合金镀层中镍的质量比为10 90% ；2)将电镀后的Co-Ni/Al放入加热器中，在温度为250°C 600°C保温60 240小时， 扩散形成均匀的Co-Ni-Al合金，随炉冷却至室温后取出。
上述步骤I)中纯铝基材厚度为O. Olmm O. 3mm。
上述步骤I)中电镀的工艺流程为在室温下对纯铝基材表面用蒸馏水冲洗清洁除油，清洁除油后将其置于由体积比为20%的硝酸、体积比为I %的氢氟酸和余量去离子水组成的酸蚀液中，在室温下酸蚀时间为40小时；然后使用去离子水水洗；室温下，将试样放入由15 g/L硫酸镍和112 g/L柠檬酸钠混合组成的pH值为13的溶液中进行活化，之后置于电镀液中电镀；停止电镀试样洗涤吹干。
上述电镀以纯铝为阳极，所述电镀液的配方是硫酸镍100 250 g/L，氯化钠 10 20 g/L，硼酸20 40 g/L，硫酸钴10 120 g/L，糖精lg/L ;电镀过程中恒电流，电流O. 15A，镀液pH值为4. 6。调整电镀液组成及电镀参数可在纯铝基材上获得不同成分的 Co-Ni合金镀层。
上述步骤2)中加热器为马弗炉或真空炉；马弗炉为避免镀层氧化，采取通入氮气、氩气或氢气保护性气体，或将Co-Ni/Al放入碳粉还原性物质中加热。
上述步骤2)中保温时间根据纯铝基材和镀层厚度决定，加热至扩散得到成分均匀 Co-Ni-Al 合金。
本发明的有益效果I.采用复合电镀的方法在铝基材上制备Co-Ni合金，控制热处理工艺、镀层的成分和基体的厚度等参数，制备出综合性能优良Co-Ni-Al合金。
2.制备Co-Ni-Al合金的设备成本和技术要求低，只需要简单的电源和加热器即可制备出Co-Ni-Al合金。
3.本发明制备方法工艺简单，性能稳定性好，较好地解决当前Co-Ni-Al磁控记忆合金尚存的驱动磁场大、磁致应变小等瓶颈技术难点。
具体实施方式
下面结合具体实施例详述本发明。
实施例II)在O. 05mm厚度的纯铝基材表面，室温下对纯铝基材表面用蒸馏水冲洗清洁除油，清洁除油后将其置于由体积比为20%的硝酸、体积比为I %的氢氟酸和余量去离子水组成的酸蚀液中，在室温下酸蚀时间为40小时；然后使用去离子水水洗；室温下，将试样放入由 15 g/L硫酸镍和112 g/L柠檬酸钠混合组成的pH值为13的溶液中进行活化，之后置于电镀液中电镀；停止电镀试样洗涤吹干。
上述电镀液的组成配方是硫酸镍250g/L,氯化钠10 g/L,硼酸40 g/L,硫酸钴 55 g/L,糖精lg/L ；电镀参数是施镀过程中恒电流，电流O. 15A，镀液pH值为4. 6。停止电镀试样洗涤吹干，得到Co-54. 2%Ni合金镀层，其中上述Co-Ni合金镀层中镍的质量比为 54. 2% ；2)将电镀后的Co-54. 2%Ni /Al试样放入马弗炉，在温度为550°C、氩气气氛下保温60 小时后得到成分为Co-45. 0%Ni-17%Al合金。
3)随炉冷却至室温后取出。
实施例2I)在O. Imm厚度的纯铝基材表面，室温下对纯铝基材表面用蒸馏水冲洗清洁除油，清洁除油后将其置于由体积比为20%的硝酸、体积比为1%的氢氟酸和余量去离子水组成的酸蚀液中，在室温下酸蚀时间为40小时；然后使用去离子水水洗；室温下，将试样放入由 15 g/L硫酸镍和112 g/L柠檬酸钠混合组成的pH值为13的溶液中进行活化，之后置于电镀液中电镀；停止电镀试样洗涤吹干。
上述电镀液的组成配方是硫酸镍100g/L，氯化钠20 g/L，硼酸40 g/L，硫酸钴120 g/L，糖精lg/L ;电镀参数是施镀过程中恒电流，电流O. 15A，镀液pH值为4. 6。停止电镀试样洗涤吹干，得到Co-9. 9%Ni合金镀层，其中上述Co-Ni合金镀层中镍的质量比为 9. 9% ；2)将电镀后的Co-9. 9%Ni /Al试样放入真空热出炉中，在温度为300°C下保温200小时后得到成分为Co-6. 0%Ni-40. 0%A1合金。
3)随炉冷却至室温后取出。
实施例31)在O.2mm厚度的纯铝基材表面，室温下对纯铝基材表面用蒸馏水冲洗清洁除油，清洁除油后将其置于由体积比为20%的硝酸、体积比为1%的氢氟酸和余量去离子水组成的酸蚀液中，在室温下酸蚀时间为40小时；然后使用去离子水水洗；室温下，将试样放入由 15 g/L硫酸镍和112 g/L柠檬酸钠混合组成的pH值为13的溶液中进行活化，之后置于电镀液中电镀；停止电镀试样洗涤吹干。
上述电镀液的组成配方是硫酸镍175g/L，氯化钠20 g/L，硼酸20 g/L，硫酸钴 10 g/L，糖精lg/L ; 电镀参数是施镀过程中恒电流，电流O. 15A，镀液pH值为4. 6。停止电镀试样洗涤吹干，得到Co-41. 5%Ni合金镀层，其中上述Co-Ni合金镀层中镍的质量比为 41. 5% ；2)将电镀后的Co-41.5%Ni /Al试样放入马弗炉中，在温度为400°C、氮气气氛保温180 小时后得到成分为Co-35. 0%Ni-14. 5%A1合金。
3)随炉冷却至室温后取出。
实施例41)在O.15mm厚度的纯铝基材表面，室温下对纯铝基材表面用蒸馏水冲洗清洁除油，清洁除油后将其置于由体积比为20%的硝酸、体积比为I %的氢氟酸和余量去离子水组成的酸蚀液中，在室温下酸蚀时间为40小时；然后使用去离子水水洗；室温下，将试样放入由 15 g/L硫酸镍和112 g/L柠檬酸钠混合组成的pH值为13的溶液中进行活化，之后置于电镀液中电镀；停止电镀试样洗涤吹干。
上述电镀液的组成配方是硫酸镍250g/L，氯化钠20 g/L，硼酸30 g/L，硫酸钴 10 g/L，糖精lg/L;电镀参数是施镀过程中恒电流，电流O. 15A，镀液pH值为4.6。停止电镀试样洗涤吹干，得到Co-88. 3%Ni合金镀层，其中上述Co-Ni合金镀层中镍的质量比为 88. 3% ；2)将电镀后的Co-88.3%Ni /Al试样放入马弗炉中，在温度为600°C、碳粉包覆下保温 80小时后得到成分为Co-80%Ni-9. 4%A1合金。
3)随炉冷却至室温后取出。
实施例5I)在O. 3mm厚度的纯铝基材表面，室温下对纯铝基材表面用蒸馏水冲洗清洁除油，清洁除油后将其置于由体积比为20%的硝酸、体积比为1%的氢氟酸和余量去离子水组成的酸蚀液中，在室温下酸蚀时间为40小时；然后使用去离子水水洗；室温下，将试样放入由 15 g/L硫酸镍和112 g/L柠檬酸钠混合组成的pH值为13的溶液中进行活化，之后置于电镀液中电镀；停止电镀试样洗涤吹干。
上述电镀液的组成配方是硫酸镍220g/L，氯化钠15 g/L，硼酸40 g/L，硫酸钴50g/L，糖精lg/L ;电镀参数是施镀过程中恒电流，电流O. 15A，镀液pH值为4. 6。停止电镀试样洗涤吹干，得到Co-49. 9%Ni合金镀层，其中上述Co-Ni合金镀层中镍的质量比为 49. 9% ；2)将电镀后的Co-49. 9%Ni /Al试样放入马弗炉中，在温度为450°C、在真空热出炉内保温240小时后得到成分为Co-14. 9%Ni-70. 2%A1合金。
3)随炉冷却至室温后取出。
权利要求
1.一种基于电镀热扩散制备C0-Ni-Al合金的方法，其特征在于该方法有如下步骤 1)在纯铝基材表面电镀Co-Ni合金镀层，上述Co-Ni合金镀层中镍的质量比为10 90% ； 2)将电镀后的Co-Ni/Al放入加热器中，在温度为250°C 600°C保温60 240小时，扩散形成均匀的Co-Ni-Al合金，随炉冷却至室温后取出。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于上述步骤I)中纯铝基材厚度为O.Olmm O.3mmο
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于上述步骤I)中电镀的工艺流程为在室温下对纯铝基材表面用蒸馏水冲洗清洁除油，清洁除油后将其置于由体积比为20%的硝酸、体积比为I %的氢氟酸和余量去离子水组成的酸蚀液中，在室温下酸蚀时间为40小时；然后使用去离子水水洗；室温下，将试样放入由15 g/L硫酸镍和112 g/L柠檬酸钠混合组成的pH值为13的溶液中进行活化，之后置于电镀液中电镀；停止电镀试样洗涤吹干。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于上述电镀以纯铝为阳极；所述电镀液的配方是硫酸镍100 250 g/L，氯化钠10 20 g/L，硼酸20 40 g/L，硫酸钴10 120 g/L,糖精lg/L ；电镀过程中恒电流，电流O. 15A，镀液pH值为4. 6。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于上述步骤2)中加热器为马弗炉或真空炉；马弗炉为避免镀层氧化，采取通入氮气、氩气或氢气保护性气体，或将Co-Ni/Al放入碳粉还原性物质中加热。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于上述步骤2)中保温时间根据纯铝基材和镀层厚度决定，加热至扩散得到成分均匀Co-Ni-Al合金。
全文摘要
本发明公开了一种基于电镀热扩散制备Co-Ni-Al合金的方法，本发明以铝箔为基材进行复合电镀Co-Ni合金层，通过热处理扩散形成Co-Ni-Al磁控形状记忆合金；本发明提供的Co-Ni-Al合金制备方法工艺简单，性能稳定性好，较好地解决当前Co-Ni-Al磁控记忆合金尚存的驱动磁场大、磁致应变小等瓶颈技术，促进磁控记忆合金在大功率水下声纳、微位移器、震动和噪声控制、线性马达、微波器件、机器人等领域的实际应用。
文档编号C22C1/00GK102925779SQ20121040931
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者胡永俊, 李昔强, 郑辉庭, 成晓玲, 胡光辉, 李风, 何志泉, 刘瑞强, 陈铁文, 庞建业, 梁振标, 甄余炳, 林涌, 黄晓争, 徐志隆, 钟彬强, 何健楠, 骆志捷, 黄春檑, 何远川, 刘毅然 申请人:广东工业大学