[发明专利]一种制备高拉伸塑性Ni（Bi）合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于镍基合金领域，涉及制备高拉伸塑性Ni(Bi)合金的方法，特别是Bi含量为ppm量级的Ni(Bi)合金的熔炼、加工、测试及热处理过程。 

背景技术

Ni(Bi)合金具有优异的导电和磁性性能，目前应用于航空航天、石油化工、交通运输、电子信息等电气元件和磁性转化器件中。但是，对金属材料来说，即使含有极少量的有害杂质元素(如十几或几十ppm左右的P、S、As、Sb、Bi)，也会对金属材料的冲击性能、拉伸性能、蠕变性能等力学性能有很大影响。可见，虽然Ni(Bi)合金具有优良的物理性能，但由于Bi元素对Ni在力学性能上产生不利影响，会限制其在更广阔范围内的应用。 

2011年，文献(Scripta Mater.,2011;65[5]:428；Mater.Des.,2012;34[1]:155)报道，Ni(Bi)合金在400℃~825℃范围内的不同温度下保温45分钟，然后在相应温度进行拉伸实验，拉伸塑性(以断后伸长率表示)随温度升高首先降低，在高于750℃后快速上升。因此，Ni(Bi)合金塑性极小值处于700℃~750℃附近(平均值分别为25.42%和25.78%，如图1所示)。可见，当Ni(Bi)合金在此温度范围乃至650℃左右使用时，其拉伸塑性显著降低，影响合金的使用性能。文献(Scripta Mater.,2011;65[5]:428；Mater.Des.,2012;34[1]:155)对其塑性降低机理进行了理论分析，但未提出改善合金拉伸塑性的方法。 

根据以上研究情况可知：目前关于Ni(Bi)合金的拉伸塑性，仅实验证实了中温区(650℃~750℃)的拉伸塑性显著降低这一现象，以及理论分析了拉伸塑性的产生机理，但尚未开展以提高Ni(Bi)合金中温区拉伸塑性为目的的研究，更没有提出一种行之有效的方法来提高中温区拉伸塑性。 

申请人通过研究惊奇发现：含有微量Bi元素的Ni(Bi)合金在中温区范围内一定温度下的恒温热处理过程中，若热处理时间足够长，则热处理后的室温拉伸塑性(以断后伸长率表示)会首先降低，在某一时刻达到塑性极小值，然后塑性会慢慢恢复。由此提出：在Ni(Bi)合金使用之前，可先将其在相应使用温度热处理一定时间，使其塑性恢复，然后再进行使用，即可确保Ni(Bi)合金的使用寿命和在使用过程中的可靠性。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是制备高拉伸塑性的Ni(Bi)合金，解决现有Ni(Bi)合金拉伸塑性偏低的缺陷。采用高纯Ni和高纯Bi为原料，通过真空冶炼工艺制备Ni(Bi)合金，并将Ni(Bi)合金进行645℃～655℃下的等温热处理，最终得到高拉伸塑性、高服役可靠性的Ni(Bi)合金。本方法制得的Ni(Bi)合金平均拉伸塑性达到56.11%，最高可达65.92％(如图2所示)，显著高于图1中的拉伸塑性，因而具有良好的应用前景。 

本发明制备高拉伸塑性Ni(Bi)合金的方法包括以下步骤： 

(1)采用高纯电解Ni板做原料。 

(2)将高纯电解Ni板用机械剪切割成颗粒，并将颗粒置于盐酸溶液中超声波清洗5分钟，然后再置于蒸馏水中超声波清洗5分钟。 

(3)清洗干净后的颗粒在恒温干燥箱中烘干，温度100～150℃，时间5～15小时。 

(4)将质量百分比为99.999%的高纯Ni颗粒和质量百分比为99.999%的高纯Bi按Ni:Bi=99.9:0.1的摩尔比配料，放入真空感应熔炼炉中。 

(5)将真空感应熔炼炉的高真空度抽至1×10^-2～1×10^-3Pa。 

(6)将熔炼温度升温至1500℃～1530℃，Ni(Bi)合金熔化后保温3～10min。 

(7)熔炼完毕后迅速切断电源，使熔融Ni(Bi)合金快速凝固，得到Ni(Bi)母合金。 

(8)按Ni(Bi)合金中Bi元素含量最终处于10～100wt ppm进行高纯Ni和Ni(Bi)母合金配料，并经与步骤(2)-步骤(7)相同的盐酸清洗、蒸馏水清洗、烘干、熔炼炉抽真空、熔炼、凝固等工艺过程，获得含Bi量为10～100wt ppm的Ni(Bi)合金。 

(9)将步骤(8)所得Ni(Bi)合金在室温下进行挤压，得到工业实际需求尺寸的棒料。