一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法
【专利摘要】一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法，本发明涉及镍锰镓合金的制备方法。本发明要解决现有镍锰镓合金成形困难、变形抗力大的问题。方法：制备镍锰镓合金，均匀化热处理，热挤压，去除包套并清洗，即得到具有超塑性的镍锰镓合金。优点：在高温时可以在较高应变速率下进行成形，提高成形效率，减少成形成本，使利用镍锰镓合金在高温条件下制备复杂形状的部件成为可能，在镍锰镓合金板、棒、丝、管等形态型材制备中具有良好的应用前景。本发明用于一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备。
【专利说明】一种具有超塑性的镜猛镓合金的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及镍锰镓合金的制备方法。
【背景技术】
[0002] 镍锰镓合金是一种新兴智能材料，不仅具有传统形状记忆合金所拥有的形状记忆 性能和超弹性变形性能，还因其具有铁磁性，能够在磁场作用下输出较大应变。与磁致伸缩 材料相比，其磁场作用下输出应变更大，同时保持了磁致伸缩材料响应频率高的优点。镍锰 镓合金是一种铁磁形状记忆合金，作为驱动和传感材料，在航空航天、机械、电子等领域具 有良好的应用前景。
[0003] 该材料的应用需要其具有良好的成形性能，以便制备所需要的零件形状。但是镍 锰镓合金属于一种金属间化合物，在室温下具有本征脆性，室温条件下成形困难，成形要在 高温下进行。在高温成形方式中，超塑性成形方法由于具有变形量大、流变应力低和变形过 程中各处形变量均匀等特点，已经应用于铝合金、钛合金以及复合材料的成形。因此开发镍 锰镓合金在高温条件下的成形性能，特别是在高温条件下的超塑性变形性能，对解决其成 形困难的问题具有重要意义。而超塑性成形对合金的制备方法提出特殊的要求，因此本发 明提出一种具有超塑性性能的镍锰镓合金的制备方法，对于解决镍锰镓合金成形困难、变 形抗力大的问题，具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决现有镍锰镓合金成形困难、变形抗力大的问题，而提供一种具有超 塑性的镍锰镓合金的制备方法。
[0005] -种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
[0006] 一、制备镍锰镓合金：首先按原子百分比为45%?55%镍、25%?35%锰和 15 %?25 %镓称取纯镍、纯锰和纯镓，然后利用真空感应熔炼法制备尺寸直径大于150mm、 高度大于100mm的镍锰镓合金；
[0007] 二、均匀化热处理：利用电火花将步骤一制备的镍锰镓合金切割成直径为60mm? 150mm、高度为40mm?100mm的圆柱述料，再将圆柱述料置于丙酮中，并在超声波作用下清 洗15min?30min，然后将清洗后的圆柱述料置于温度为80°C?120°C的烘箱中烘干，最后 将烘干后的圆柱坯料置于温度为850°C?950°C的真空炉中进行成分均匀化热处理，处理 时间为5h?48h，得到合金坯料；
[0008] 三、包套：使用包套材料将合金坯料外表面进行包套，得到包套后的合金坯料；
[0009] 四、预热：将包套后的合金坯料置于温度为950°C?1KKTC的电阻炉中，预热lh? 6h，得到预热后的合金坯料；
[0010] 五、热挤压：将预热后的合金坯料放入挤压模具中进行热挤压，挤压比为（4? 16) :1，挤压速率为4mm/s?15mm/s，挤压温度为950°C?1KKTC，挤压后在空气中自然冷 却，得到挤压后的镍锰镓合金；
[0011] 六、去除包套并清洗：将挤压后的镍锰镓合金浸渍于质量百分数为5%?20%硝 酸中，直至外表面包套材料完全除去，然后将去除包套材料的镍锰镓合金置于丙酮中，并在 超声波作用下清洗15min?30min，然后将清洗后的镍锰镓合金置于温度为80°C?120°C的 烘箱中烘干，得到具有超塑性的镍锰镓合金。
[0012] 本发明的有益效果是：本发明针对镍锰镓合金成形困难、变形抗力大的问题，提出 通过熔炼合金，热处理以及热挤压等步骤制备出具有超塑性镍锰镓合金的方法，本发明制 备出的具有超塑性的镍锰镓合金在800°c?950°C，应变速率0. 0003/s?0. Ι/s范围均具 有超塑性。表明在室温条件下难以成形的镍锰镓合金，在高温时可以在较高应变速率下进 行成形，由于成形时的应变速率高，可以提高成形效率，减少成形成本，使利用镍锰镓合金 在高温条件下制备复杂形状的部件成为可能，在镍锰镓合金板、棒、丝、管等形态型材制备 中具有良好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为实施制备的具有超塑性的镍锰镓合金，在800°C时不同应变速率条件下，高 温拉伸后的宏观照片；1为测试前样品，2为应变速率0. 0003/s拉伸后样品，3为应变速率 0. 001/s拉伸后样品，4为应变速率0. 003/s拉伸后样品，5为应变速率0. ΟΙ/s拉伸后样品；
[0014] 图2是实施制备的具有超塑性的镍锰镓合金，在800°C时不同应变速率条件下，高 温拉伸真应力-真应变曲线；1为应变速率〇. 〇〇〇3/s拉伸曲线，2为应变速率0. 001/s拉伸 曲线，3为应变速率0. 003/s拉伸曲线，4为应变速率0. ΟΙ/s拉伸曲线。
【具体实施方式】
[0015] 本发明技术方案不局限于以下所列举的【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】之 间的任意组合。
【具体实施方式】 [0016] 一：本实施方式所述的一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法， 具体是按照以下步骤进行的：
[0017] 一、制备镍锰镓合金：首先按原子百分比为45%?55%镍、25%?35%锰和 15 %?25 %镓称取纯镍、纯锰和纯镓，然后利用真空感应熔炼法制备尺寸直径大于150mm、 高度大于100mm的镍锰镓合金；
[0018] 二、均匀化热处理：利用电火花将步骤一制备的镍锰镓合金切割成直径为60mm? 150mm、高度为40mm?100mm的圆柱述料，再将圆柱述料置于丙酮中，并在超声波作用下清 洗15min?30min，然后将清洗后的圆柱述料置于温度为80°C?120°C的烘箱中烘干，最后 将烘干后的圆柱坯料置于温度为850°C?950°C的真空炉中进行成分均匀化热处理，处理 时间为5h?48h，得到合金坯料；
[0019] 三、包套：使用包套材料将合金坯料外表面进行包套，得到包套后的合金坯料；
[0020] 四、预热：将包套后的合金坯料置于温度为950°C?1KKTC的电阻炉中，预热lh? 6h，得到预热后的合金坯料；
[0021] 五、热挤压：将预热后的合金坯料放入挤压模具中进行热挤压，挤压比为（4? 16) :1，挤压速率为4mm/s?15mm/s，挤压温度为950°C?1KKTC，挤压后在空气中自然冷 却，得到挤压后的镍锰镓合金；
[0022] 六、去除包套并清洗：将挤压后的镍锰镓合金浸渍于质量百分数为5%?20%硝 酸中，直至外表面包套材料完全除去，然后将去除包套材料的镍锰镓合金置于丙酮中，并在 超声波作用下清洗15min?30min，然后将清洗后的镍锰镓合金置于温度为80°C?120°C的 烘箱中烘干，得到具有超塑性的镍锰镓合金。
[0023] 本实施方式的有益效果是：本实施方式针对镍锰镓合金成形困难、变形抗力大的 问题，提出通过熔炼合金，热处理以及热挤压等步骤制备出具有超塑性镍锰镓合金的方法， 本实施方式制备出的具有超塑性的镍锰镓合金在800°C?950°C，应变速率0. 0003/s? 0. Ι/s范围均具有超塑性。表明在室温条件下难以成形的镍锰镓合金，在高温时可以在较高 应变速率下进行成形，由于成形时的应变速率高，可以提高成形效率，减少成形成本，使利 用镍锰镓合金在高温条件下制备复杂形状的部件成为可能，在镍锰镓合金板、棒、丝、管等 形态型材制备中具有良好的应用前景。
[0024] 本实施方式制备的具有超塑性的镍锰镓合金的超塑性变形能力要大于100%。
【具体实施方式】 [0025] 二：本实施方式与一不同的是：步骤三中所述的包套 材料为高温下屈服强度低、塑性好的金属材料。。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0026] 三：本实施方式与一或二之一不同的是：所述的包套 材料为低碳钢、不锈钢或黄铜。其它与一或二相同。
【具体实施方式】 [0027] 四：本实施方式与一至三之一不同的是：步骤一中所 述的真空感应熔炼法是按以下步骤完成的：将按原子百分比为45%?55%镍、25%?35% 锰和15%?25%镓分别称取纯镍、纯锰和纯镓金属，将称取的纯金属置于真空感应炉的坩 埚中，再将真空感应炉抽真空至K^Pa，增加功率至所有纯金属全部熔化，然后在电磁力作 用下搅拌合金熔液，最后将搅拌后的合金熔液浇入预热至550°C的钢模具中，待充分冷却， 得到尺寸直径大于150mm、高度大于100mm的镍猛镓合金。其它与一至三相 同。
【具体实施方式】 [0028] 五：本实施方式与一至四之一不同的是：步骤二中将 烘干后的圆柱坯料置于温度为900°C?950°C的真空炉中进行成分均匀化热处理，处理时 间为8h?15h。其它与一至四相同。
【具体实施方式】 [0029] 六：本实施方式与一至五之一不同的是：步骤四中将 包套后的合金坯料置于温度为l〇〇〇°C?1050°C的电阻炉中，预热2h?4h，得到预热后的合 金坯料。其它与一至五相同。
【具体实施方式】 [0030] 七：本实施方式与一至六之一不同的是：步骤五中将 预热后的合金坯料放入挤压模具中进行热挤压，挤压比为（4?9) : 1，挤压速率为8mm/s? 12mm/s，挤压温度为1000°C?1050°C，挤压后在空气中自然冷却，得到挤压后的镍锰镓合 金。其它与一至六相同。
[0031] 采用以下实施例验证本发明的有益效果：
[0032] 实施例：
[0033] 本实施例所述的一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法，具体是按照以下步骤 进行的：
[0034] 一、制备镍锰镓合金：首先按原子百分比为48%镍、30%锰和22%镓称取纯镍、纯 锰和纯镓，然后利用真空感应熔炼法制备尺寸直径大于150mm、高度大于100mm的镍锰镓合 金；
[0035] 二、均匀化热处理：利用电火花将步骤一制备的镍锰镓合金切割成直径为60mm、 高度为40mm的圆柱述料，再将圆柱述料置于丙酮中，并在超声波作用下清洗15min，然后将 清洗后的圆柱坯料置于温度为l〇〇°C的烘箱中烘干，最后将烘干后的圆柱坯料置于温度为 900°C的真空炉中进行成分均匀化热处理，处理时间为10h，得到合金坯料；
[0036] 三、包套：使用包套材料将合金坯料外表面进行包套，得到包套后的合金坯料； [0037] 四、预热：将包套后的合金坯料置于温度为1050°C的电阻炉中，预热2h，得到预热 后的合金述料；
[0038] 五、热挤压：将预热后的合金坯料放入挤压模具中进行热挤压，挤压比为9:1，挤 压速率为8mm/s，挤压温度为1050°C，挤压后在空气中自然冷却，得到挤压后的镍锰镓合 金；
[0039] 六、去除包套并清洗：将挤压后的镍锰镓合金浸渍于质量百分数为10%硝酸中， 直至外表面包套材料完全除去，然后将去除包套材料的镍锰镓合金置于丙酮中，并在超声 波作用下清洗20min，然后将清洗后的镍锰镓合金置于温度为100°C的烘箱中烘干，得到具 有超塑性的镍锰镓合金。
[0040] 步骤三中所述的包套材料为低碳钢；
[0041] 步骤一中所述的真空感应熔炼法是按以下步骤完成的：将按原子百分比为48% 镍、30%锰和22%镓分别称取纯镍、纯锰和纯镓金属，将称取的纯金属置于真空感应炉的坩 埚中，再将真空感应炉抽真空至K^Pa，增加功率至所有纯金属全部熔化，然后在电磁力作 用下搅拌合金熔液，最后将搅拌后的合金熔液浇入预热至550°C的钢模具中，待充分冷却， 得到尺寸直径大于150mm、高度大于100mm的镍猛镓合金。
[0042] 步骤三中所述的包套是按以下步骤完成的：将低碳钢加工成直径为70mm，高度为 60mm的圆柱，然后在内部挖空出直径为60_，高度为50mm的圆柱空腔，将合金述料放入圆 柱空腔中，然后将直径为60_，高度为10mm的低碳钢圆柱置于圆柱空腔内合金述料上，最 后电焊密封，得到包套后的合金坯料。
[0043] 图1为实施制备的具有超塑性的镍锰镓合金，在800°C时不同应变速率条件下，高 温拉伸后的宏观照片；1为测试前样品，2为应变速率0. 0003/s拉伸后样品，3为应变速率 0. 001/s拉伸后样品，4为应变速率0. 003/s拉伸后样品，5为应变速率0. ΟΙ/s拉伸后样品； 从图中可以看出，在中间拉伸区域，大部分区域的材料发生均匀变形，只在颈缩区域发生了 明显的非均匀变形。
[0044] 图2是实施制备的具有超塑性的镍锰镓合金，在800°C时不同应变速率条件下，高 温拉伸真应力-真应变曲线；1为应变速率〇. 0003/S拉伸曲线，2为应变速率0. 001/s拉伸 曲线，3为应变速率0. 003/s拉伸曲线，4为应变速率0. ΟΙ/s拉伸曲线。从图中看出镍锰镓 合金随着应变速率的升高，流变应力也升高。在低应变速率下具有较长的稳态流变阶段，在 0· 003/s时稳态流变应力只有30MPa左右。
[0045] 表1为实施例制备的具有超塑性的镍锰镓合金在不同温度和应变速率下延伸率， 本实施例制备出的具有超塑性的镍锰镓合金在800°C?950°C，应变速率0. 0003/s?0. 1/s 范围均具有超塑性，如表1所示，从表中可以看出在800°C，应变速率为0. 001/s时具有最高 超塑性，达到232. 94%。在950°C时，在0. Ι/s应变速率下也具有195. 53%的超塑性能力， 这与常规成形方式的应变速率相当，可以提高成形效率，减少成本，具有良好的应用前景。
[0046] 表2为实施例制备的具有超塑性的镍锰镓合金在不同温度和应变速率下延伸率
[0047]
【权利要求】
1. 一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法，其特征在于一种具有超塑性的镍锰镓合 金的制备方法是按以下步骤完成的： 一、 制备镍锰镓合金：首先按原子百分比为45%?55%镍、25%?35%锰和15%? 25 %镓称取纯镍、纯锰和纯镓，然后利用真空感应熔炼法制备尺寸直径大于150mm、高度大 于100mm的镍猛镓合金； 二、 均匀化热处理：利用电火花将步骤一制备的镍锰镓合金切割成直径为60mm? 150mm、高度为40mm?100mm的圆柱述料，再将圆柱述料置于丙酮中，并在超声波作用下清 洗15min?30min，然后将清洗后的圆柱述料置于温度为80°C?120°C的烘箱中烘干，最后 将烘干后的圆柱坯料置于温度为850°C?950°C的真空炉中进行成分均匀化热处理，处理 时间为5h?48h，得到合金坯料； 三、 包套：使用包套材料将合金坯料外表面进行包套，得到包套后的合金坯料； 四、 预热：将包套后的合金坯料置于温度为950°C?1KKTC的电阻炉中，预热lh?6h， 得到预热后的合金坯料； 五、 热挤压：将预热后的合金坯料放入挤压模具中进行热挤压，挤压比为（4?16) :1， 挤压速率为4mm/s?15mm/s，挤压温度为950°C?1100°C，挤压后在空气中自然冷却，得到 挤压后的镍锰镓合金； 六、 去除包套并清洗：将挤压后的镍锰镓合金浸渍于质量百分数为5%?20%硝酸中， 直至外表面包套材料完全除去，然后将去除包套材料的镍锰镓合金置于丙酮中，并在超声 波作用下清洗15min?30min，然后将清洗后的镍锰镓合金置于温度为80°C?120°C的烘箱 中烘干，得到具有超塑性的镍锰镓合金。
2. 根据权利要求1所述的一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法，其特征在于步骤 三中所述的包套材料为高温下屈服强度低、塑性好的金属材料。
3. 根据权利要求2所述的一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法，其特征在于所述 的包套材料为低碳钢、不锈钢或黄铜。
4. 根据权利要求1所述的一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法，其特征在于步 骤一中所述的真空感应熔炼法是按以下步骤完成的：将按原子百分比为45%?55%镍、 25%?35%锰和15%?25%镓分别称取纯镍、纯锰和纯镓金属，将称取的纯金属置于真空 感应炉的坩埚中，再将真空感应炉抽真空至K^Pa，增加功率至所有纯金属全部熔化，然后 在电磁力作用下搅拌合金熔液，最后将搅拌后的合金熔液浇入预热至550°C的钢模具中，待 充分冷却，得到尺寸直径大于150mm、高度大于100mm的镍猛镓合金。
5. 根据权利要求1所述的一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法，其特征在于步骤 二中将烘干后的圆柱坯料置于温度为900°C?950°C的真空炉中进行成分均匀化热处理， 处理时间为8h?15h。
6. 根据权利要求1所述的一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法，其特征在于步骤 四中将包套后的合金坯料置于温度为l〇〇〇°C?1050°C的电阻炉中，预热2h?4h，得到预热 后的合金述料。
7. 根据权利要求1所述的一种具有超塑性的镍锰镓合金的制备方法，其特征在于步 骤五中将预热后的合金坯料放入挤压模具中进行热挤压，挤压比为（4?9) : 1，挤压速率为 8mm/s?12mm/s，挤压温度为1000°C?1050°C，挤压后在空气中自然冷却，得到挤压后的镍 猛镓合金。
【文档编号】C22C19/03GK104152730SQ201410452886
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】张学习, 魏陇沙, 耿林 申请人:哈尔滨工业大学