[发明专利]一种高塑性Ni-Mn-In合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金的制备方法。

背景技术

磁驱动形状记忆合金是一类新型形状记忆材料，不但具有传统形状记忆合金受温度场控制的形状记忆效应，还可在磁场的作用下产生较大的应变。已发现的磁驱动记忆合金主要包括Ni-Mn-Ga(Al)、Ni-Fe-Ga、Co-Ni-Ga(Al)和新型的Ni-Mn-In(Sn,Sb)合金。其中Ni-Mn-Ga合金体系是发现最早、研究最为广泛的磁驱动形状记忆合金，其磁感生应变源于磁场作用下马氏体孪晶变体重排产生的宏观应变，所以高的磁晶各向异性能及低的孪晶界移动临界应力是该合金获得大磁感生应变的关键。目前在Ni-Mn-Ga系列合金中，单晶最大可逆应变量已达到10%，响应频率达kHz量级，但通过变体重排产生的宏观输出应力较小，仅为2MPa左右，难以满足实际工程的应用要求。

Ni-Mn-X(X=In,Sn,Sb)系列合金是近年来发展起来的一种新型磁驱动形状记忆合金。其中Ni-Mn-In合金在偏离Heulser化学计量比时具有热弹性马氏体相变，并且在一定成分范围内或通过掺杂铁磁元素实现了磁场驱动马氏体逆相变，产生宏观应变，并伴随着应力输出。这类磁驱动形状记忆合金磁感生应变的本质在于马氏体相与母相具有较大的饱和磁化强度差，施加磁场后合金相变温度显著降低，一定温度范围内施加磁场则可使合金从马氏体转变为母相，从而产生形状记忆效应。但Ni-Mn-In合金体系尚存在脆性大的问题。

发明内容

本发明要解决Ni-Mn-In合金体系存在脆性大的问题，而提供一种高塑性Ni-Mn-In合金的制备方法。

一种高塑性Ni-Mn-In合金的制备方法，具体是按照以下步骤制备的：

一、按照镍、锰、铟和钴的原子百分比为50∶34∶(16-y)∶y，称取镍、锰、铟和钴，其中y=2、3、4、5或8；

二、将步骤一称取的镍、锰、铟和钴放入非自耗真空电弧熔炼炉中，抽真空至1×10^-3～4×10^-2Pa，在氩气保护下，控制熔炼电流为250～500安培，翻转熔炼4～10次，并同时磁搅拌，再采用吸铸装置制得尺寸为Φ6mm×70mm～Φ10mm×70mm的棒状材料；

三、将步骤二制得的棒状材料进行机械抛光，再切割，然后用丙酮清洗，再封入真空度为1×10^-3Pa～5×10^-2Pa的石英管中，在温度为973～1173K条件下，保温8～24h，再淬入冰水，得到高塑性Ni-Mn-In合金。

本发明制备的Ni-Mn-In合金为Ni₅₀Mn₃₄In_16-yCo_y。

本发明的有益效果是：本发明添加Co元素显著提高了Ni-Mn-In合金的压缩断裂强度和断裂应变，其主要原因在于：第二相粒子的存在阻碍了合金的沿晶开裂，塑性显著提高，且断裂应变的增加使得合金的断裂强度随之显著提高；同时，Co元素的掺杂改变了合金的断裂方式，随着Co含量的增加，断口形貌从未掺杂Ni-Mn-In合金的沿晶断裂逐渐转变为穿晶断裂；本发明采用Co取代Ni-Mn-In合金中的In，提高了合金的塑性，此外，由于In比Co更为昂贵，此发明还降低了材料的成本。因此，该项发明对拓宽Ni-Mn-In合金的实际应用具有重要的理论意义和工程应用价值。

本发明用于制备高塑性Ni-Mn-In合金。

附图说明

图1为对比实验制备的Ni-Mn-In合金的二次电子像图；图2为压缩断口的扫描电镜图；图3为图2中B区的放大图；

图4为实施例一制备的Ni-Mn-In合金的二次电子像图；图5为压缩断口的扫描电镜图；图6为图5中B区的放大图；

图7为实施例二制备的Ni-Mn-In合金的二次电子像图；图8为压缩断口的扫描电镜图；图9为图8中B区的放大图；

图10为实施例三制备的Ni-Mn-In合金的二次电子像图；图11为压缩断口的扫描电镜图；图12为图11中B区的放大图；

图13为实施例四制备的Ni-Mn-In合金的二次电子像图；图14为压缩断口的扫描电镜图；图15为图14中B区的放大图；图16为合金中第二相对裂纹扩展的阻碍图；

图17为实施例五制备的Ni-Mn-In合金的二次电子像图；图18为压缩断口的扫描电镜图；图19为图18中B区的放大图；

图20为室温压缩应力-应变曲线图；

图21为断裂强度随Co含量变化的曲线图；