[发明专利]具有室温薄片马氏体组织的铁镍钴钛合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热处理技术领域的合金及其制备方法，具体地说，涉及的是一种具有室温薄片马氏体组织的铁镍钴钛合金及其制备方法。

背景技术

铁磁形状记忆合金因其较大的输出功率和极快的响应频率而受到广泛的关注。目前，人们对Ni₂MnGa和FePd等磁控形状记忆合金都已经展开深入的研究，并得到不错的效果。但是这些合金一方面含有贵重稀有金属元素，如Ga、Pd，熔炼也存在大的难度，比如Mn元素易于在熔炼中挥发，成分难以控制。另外，Ni₂MnGa合金脆性较大，不易加工，影响实际使用。Fe-Ni-Co-Ti合金被认为是极具潜质的一种磁控形状记忆合金，一方面Fe-Ni-Co-Ti合金在一定状态下以完全孪晶结构的薄片马氏体形式存在，且孪晶界面可迁动，满足磁控形状记忆效应的结构需求；另一方面Fe-Ni-Co-Ti合金的饱和磁化强度是Ni₂MnGa的三倍，这意味着其理论输出功率也可达到Ni₂MnGa的三倍；此外，Fe-Ni-Co-Ti合金的熔炼难度较小，加工方便，且相对便宜很多。Fe-Ni-Co-Ti的形状记忆效应是通过孪晶结构的薄片马氏体实现的，因此，开发Fe-Ni-Co-Ti磁控形状记忆合金的关键是获得室温下存在的完全孪晶结构的薄片马氏体组织，只有在这种结构状态下，磁控形状记忆效应才可能在Fe-Ni-Co-Ti合金中实现。但是，Fe-Ni-Co-Ti合金的马氏体形态受到四种元素成分、热处理的影响，工艺控制条件比较苛刻。所以，通过成分设计和热处理手段的调整，获得室温薄片马氏体组织具有非常现实的必要性。

经对现有技术的文献检索发现，R.Hayashi等在《Sensors and Actuators》(传感器与驱动器)(2000年81期第219-223页)上发表的“Magnetic andmechanical properties of FeNiCoTi magnetic shape memory alloy”(铁镍钴钛磁控形状记忆合金的磁性能和机械性能研究)，该文中提出(铁镍钴钛合金由于其孪晶的薄片马氏体结构和极高的饱和磁化强度，因此具有成为磁控形状记忆合金的潜力，并且具有低成本、易加工的优势，成为镍锰镓磁控形状记忆合金的替代品)，该文章通过相图入手，选择3种不同的成分进行研究分析，测得铁镍钴钛合金具有3倍于镍锰镓的饱和磁化强度，并得到了各种合金成分对合金磁性能的影响的结论。由于该研究对铁镍钴钛合金成分设计和热处理工艺研究不够深入，无法对合金的马氏体相形态做到很好的控制，没有得到室温下存在的孪晶结构的薄片马氏体，因此并没有获得预期的磁控形状记忆效应。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有室温薄片马氏体组织的铁镍钴钛合金及其制备方法，可以得到足够多的在室温下存在的薄片马氏体组织，改善温控形状记忆效应，同时具有潜在磁控形状记忆效应的能力。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的具有室温薄片马氏体组织的合金，包含的组分及其重量百分比为：Ni：29.05～31.88％，Co：10～20％，Ti：3.76～4.94％，余量为Fe。

本发明所涉及的具有室温薄片马氏体组织的合金的制备方法，包括加工处理和时效处理两个步骤：

①加工工艺：合金铸造后，于1000～1200℃左右均匀化处理5～30小时；900～1100℃锻造成板材。在1100～1200℃热处理30分钟，再结晶处理，水淬。

②时效处理：时效温度为500℃～650℃，时效时间随合金成分变化选取不同的值，通过测定随时效时间变化、马氏体相变温度和逆相变开始温度的变化来确定；当逆相变开始温度接近室温时，马氏体在室温下保持住，具有最多量的薄片马氏体。

所述的合金铸造，具体为：选取99.9％纯铁，99.9％纯镍，99.9％纯钴，99.9％纯钛，按照重量百分比配料，在惰性气体保护下，熔炼获得块状合金材料。

本发明提供了具有室温薄片马氏体组织的合金成分范围和热处理工艺。