CN108060341B - 一种高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金及其制备方法 - Google Patents
一种高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种记忆合金及其制备方法，特别是一种高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金及其制备方法，本发明的高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金按如下步骤进行制备：按照原子百分比取料，通过机械搅拌混合均匀，然后进行球磨，最后将获得的粉末放入石墨模具中进行烧结，制得高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金。本发明制备的Ni50Mn25Ga25合金具有更高的断裂强度、断裂应变，韧性好，强度大。
Description
技术领域
本发明属于记忆合金领域，具体涉及一种高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金及其制备方法。
背景技术
Ni-Mn-Ga形状记忆合金是一类新型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。因此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
为了克服现有Ni-Mn-Ga合金体系脆性大，强度低等缺陷，本发明提供一种通过粉末冶金和热压烧结相结合的方法制备Ni50Mn25Ga25磁记忆合金的方法，该方法实现了细晶强化，显著改变合金相变温度并改善其机械性能和物理性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高韧性 Ni50Mn25Ga25记忆合金的制备方法，按照原子百分比取50份的Ni粉、 25份的Mn粉、25份的Ga粉通过机械搅拌混合均匀，然后进行12-20 小时的球磨，最后将获得的粉末放入石墨模具中进行烧结，制得Ni50Mn25Ga25记忆合金；粉末的晶粒度在100微米以内。
进一步的，原料的放置顺序如下：首先放置低熔点的Ga粉，然后放置高挥发性的Mn粉，最后放置Ni粉。
进一步的，烧结的工艺条件为：压力为200公斤，真空度为 10-3-10-4Pa，温度为1300℃或1400℃或1500℃，时间为10分钟。
进一步的，所述烧结方法为真空热压烧结。
本发明另一个目的是请求保护上述方法制备的一种高韧性 Ni50Mn25Ga25记忆合金。
热压材料致密化的过程包括塑性流动、粘性流动和扩散与蠕变，当以塑性和粘性流动成为主导致密机制时，粉末体得以快速致密化，并得到可控的显微结构。热压法的优势在于设备投资小、虽然压力较等静压低一个数量级、但由于热压机内承压材料可以变细，从而限制了纵向热流，改善了工件温度场的均匀性、大大降低了能耗、可以制备大直径的材料、能够以IT技术测控热压机，有效的控制材料的致密化过程及质量。热压烧结是利用热能与机械能将制品致密化的过程。此过程的特色是烧结温度可依外加压力的大小而比常压烧结低约 200℃—400℃，同时外加的能量使得制品致密化的速度加快，因此完全致密且晶粒细致的制品可在较低的温度及较短的时间内完成；而采用真空热压烧结，由于热压过程中保持有较高的真空度，能够进一步有效地降低制品的烧结温度并高效排除微小气孔中的气体，从而进一步的促进热压材料的致密化过程。
Ni-Mn-Ga合金是由许多晶粒组成的多晶体，实验表明，在常温下细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。一般而言，细晶试样不但强度高，而且韧性也好，细晶强化可以显著改变合金相变温度并改善其机械性能和物理性能。
本发明方法制备出的形状记忆合金Ni50Mn25Ga25不同于现有的磁性形状记忆合金Ni50Mn25Ga25，而且与之相比具有以下优点：本发明制备的Ni50Mn25Ga25合金断裂强度在1600-1960MPa之间，比现有 Ni50Mn25Ga25合金提高约1000-1300Mpa；本发明制备的Ni50Mn25Ga25合金晶粒尺寸细小，约在20-50微米，并且随着烧结温度的增加合金的晶粒尺寸略有增加；本发明制备的合金断裂应变对比现有Ni50Mn25Ga25合金断裂应变提高了300-500％，也就是说明本发明制备的Ni50Mn25Ga25合金韧性大。
附图说明
图1(a)为实施例1制备的合金烧结温度为1300℃的高韧性 Ni50Mn25Ga25的扫描电子显微图；
图1(b)为实施例2制备的合金烧结温度为1400℃的高韧性 Ni50Mn25Ga25的扫描电子显微图；
图1(c)为实施例3制备的合金烧结温度为1500℃的高韧性Ni50Mn25Ga25的扫描电子显微图；
图2为Ni50Mn25Ga25合金的XRD图谱，其中1，2和3分别代表烧结温度为1300℃，1400℃和1500℃时制备的Ni50Mn25Ga25合金的XRD 曲线；
图3为Ni50Mn25Ga25合金的DSC图谱，其中1，2和3分别代表烧结温度为1300℃，1400℃和1500℃时制备的Ni50Mn25Ga25合金的DSC 的加热曲线；4，5和6分别代表烧结温度为1300℃，1400℃和1500℃时制备的Ni50Mn25Ga25合金的DSC的冷却曲线；
图4为不同烧结温度下Ni50Mn25Ga25合金的室温压缩应变曲线。
具体实施方式
实施例1
高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金按如下方法进行制备：按照原子百分比取50份的Ni粉、25份的Mn粉、25份的Ga粉放入球磨机中，首先放置低熔点的Ga粉，随后放置高挥发性的Mn粉，最后放置Ni粉，经过机械搅拌混合均匀后再进行球磨12-20小时。然后将获得的混合均匀并晶粒度控制在100微米以内的粉末放到石墨模具中烧结。烧结的工艺是：施加压力为200公斤，真空度为10-4Pa，烧结温度为1300℃，烧结时间为10分钟；即得到高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金。
实施例2
高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金按如下方法进行制备：按照原子百分比取50份的Ni粉、25份的Mn粉、25份的Ga粉放入球磨机中，首先放置低熔点的镓粉，随后放置高挥发性的锰粉，最后放置镍粉，经过机械搅拌混合均匀后再进行球磨12-20小时。然后将获得的混合均匀并晶粒度控制在100微米以内的粉末放到石墨模具中烧结。烧结的工艺是：施加压力为200公斤，真空度为10-3Pa，烧结温度为1400℃，烧结时间为10分钟；即得到高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金。
实施例3
高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金按如下方法进行制备：按照原子百分比取50份的Ni粉、25份的Mn粉、25份的Ga粉放入球磨机中，首先放置低熔点的镓粉，随后放置高挥发性的锰粉，最后放置镍粉，经过机械搅拌混合均匀后再进行球磨12-20小时。然后将获得的混合均匀并晶粒度控制在100微米以内的粉末放到石墨模具中烧结。烧结的工艺是：施加压力为200公斤，真空度为10-3Pa，烧结温度为1500℃，烧结时间为10分钟；即得到高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金。
本发明制备的Ni50Mn25Ga25记忆合金晶粒尺寸较小，均在50微米以下，马氏体相变温度均在室温以上，且本发明制备的Ni50Mn25Ga25合金比现有Ni50Mn25Ga25合金的断裂强度提高了约1000-1300Mpa，断裂应变比比现有Ni50Mn25Ga25合金提高了300-500％。
Claims (3)
1.一种高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金的制备方法，其特征在于，按照原子百分比取50份的Ni粉、25份的Mn粉、25份的Ga粉通过机械搅拌混合均匀，然后进行12-20小时的球磨，最后将获得的粉末放入石墨模具中进行烧结，制得Ni50Mn25Ga25记忆合金；所述粉末的晶粒度在100微米以内；原料的放置顺序如下：首先放置Ga粉，然后放置Mn粉，最后放置Ni粉；所述烧结的工艺条件为：压力为200公斤，真空度为10-3-10-4Pa，温度为1300℃或1400℃或1500℃，时间为10分钟。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金的制备方法，其特征在于，所述的烧结方法为真空热压烧结。
3.一种高韧性Ni50Mn25Ga25记忆合金，其特征在于，是按照权利要求1的方法制备而成的。
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