[发明专利]一种高强度、高塑性Ni-Mn-Ga-Nb记忆合金的制备方法

说明书

本发明涉及一种高强度、高塑性Ni‑Mn‑Ga‑Nb记忆合金的制备方法，该方法为：按照原子百分比取料、抽真空、熔炼、加Mn元素继续熔炼、清洗、保温、淬入水中进行均匀化处理，然后改变时效温度和时效时间，即得到时效Ni₅₃Mn₂₅Ga₂₁Nb₁合金。本发明制备的Ni₅₃Mn₂₅Ga₂₁Nb₁合金具有韧性好、强度大等优点。本发明方法操作简单、制备的合金性能稳定，为高强度和高塑性形状记忆合金的领域拓展了新思路。

技术领域

本发明涉及一种高强度、高塑性Ni-Mn-Ga-Nb记忆合金制备方法。

背景技术

Ni-Mn-Ga形状记忆合金是一类智能铁磁性形状记忆材料，兼有热弹性马氏体相变和铁磁性转变，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，而且还可在磁场作用下产生形状记忆效应。其磁控形状记忆效应的响应频率接近压电陶瓷，输出应变接近传统的温控形状记忆合金，是一种极具工程应用前景的智能材料。因其独特的特点使其在驱动器和传感器方面也得以广泛应用。

但是，Ni-Mn-Ga块体材料尚存在脆性大、强度低和恢复力小等缺点，极大地限制了该材料的工程应用及其发展。这些成为磁驱动记忆合金应用和发展的主要瓶颈。所以如何提高合金的强度，降低脆性，改善合金机械性能，获得大的磁熵变和巨磁阻效应，已成为记忆合金应用和发展的主要研究方向。

发明内容

为了解决现有NiMnGa合金脆性大，强度低和恢复力小等缺点，我们采取时效的方法来增大合金的强度并增加塑性。通过改变时效温度和时间，来提供一种的高强度、高塑性Ni₅₃Mn₂₅Ga₂₁Nb₁记忆合金的制备方法。

发明人利用真空中频感应熔炼炉制备出的高强度Ni₅₃Mn₂₅Ga₂₁Nb₁合金，然后对其进行时效处理，发现合金的断裂强度和断裂应变随着时效温度的增加而呈现先增大后减少的趋势，当时效温度达到700℃时合金的断裂强度高达3827MPa；当时效温度达到600℃时合金的断裂应变高达18.9％，这是在NiMnGa合金中从未导报过的，这可成为记忆合金应用和发展的一种新材料。因此形状记忆时效合金Ni₅₃Mn₂₅Ga₂₁Nb₁的研制将对材料的应用和的拓展开辟一条新的道路。

本发明的形状记忆合金按如下方法进行制备：

(1)按照原子百分比取53份Ni、25份Mn、21份Ga和1份Nb放入真空中频感应熔炼炉中，按照以下顺序依次放置原料：首先放置Nb，随后放置Ni，最后放入Ga，由于Mn元素的高挥发性，加料时先将Mn放在真空中频感应熔炼炉合金加料装置中备用，关闭侧炉门；

(2)熔炼前，抽真空到6.67×10^-3-10×10^-3Pa，再充入惰气至1-0.2Pa，开始熔炼，控制熔炼功率350-500Kw。由于中频感应自身的熔炼原理，融化后的金属液体就会在电磁场的作用下流动搅拌，当被融化的金属液体被充分混匀后最后加入Mn，3-5min后将合金液体倒入模具中，得到试样，待其冷却取出；

(3)将试样经线切割和机械抛光去除表面杂质，清洗后封入真空度为10^-1Pa的石英管中，在1000℃的条件下保温5小时，再淬入冰水中进行均匀化处理；随后利用线切割将样品切成小柱和小片，于500-800℃进行0.5-5h的时效处理，即得到高强度、高塑性Ni₅₃Mn₂₅Ga₂₁Nb₁形状记忆合金。

进一步的，所述步骤(2)中惰气为高纯氩气。