[發明專利]多晶鐵基形狀記憶超彈性合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201310117384.0
• 申請日: 2013-04-07
• 公開（公告）號: CN103233159A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 彭文屹;楊能武
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C22C38/12
• 分類號: C22C38/12;C21D6/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明是關于鐵基形狀記憶合金，更具體而言，涉及一種多晶的具有超彈性和高強度的鐵基形狀記憶合金。

背景技術

作為潛在的固態驅動器材料，形狀記憶合金（SMAs）具有很高的能量密度，并且對電力設備要求較低，常用于航空、航天、機械、電子、交通能源、醫療等領域。形狀記憶合金一般都呈現出較好的形狀記憶效應和超彈性（也叫偽彈性），對于非鐵基的合金有Ni-Ti合金、Ni-Al合金、Cu-Zn-Al合金以及Cu-Al-Ni合金等，鐵基的合金有Fe-Ni-Co-Ti合金、Fe-Mn-Si合金、Fe-Ni-C合金以及Fe-Ni-Cr合金等。Ti-Ni合金擁有很好的形狀記憶效應和較高的超彈性，常用于醫用導管、眼鏡架等方面，但Ti-Ni合金的加工性能差、強度較低和高成本限制了它的應用，另外Ti-Ni合金的超彈性還不是很高，其超彈性應變在8%左右，還不能很好地滿足如阻尼材料、傳感器材料等對超彈性要求較高的材料領域。其他的非鐵基材料要么超彈性比較小，要么強度不高，因此幾乎沒有實際應用的例子。

鐵基合金具有原材料成本低、易于成型加工等優點。如果鐵基形狀記憶合金能獲得很好的形狀記憶效應和超彈性，那它就能有望應用到各種不同的領域，而取代非鐵基形狀記憶合金。然而，一般的鐵基形狀記憶合金的超彈性較差，可恢復應變在2-5%左右，其中仍有很多未解決的問題。例如，Fe-Ni-Co-Ti合金在應力誘發轉變的過程中具有超彈性，但是它們的馬氏體相變起始點很低只有200K。?Fe-Ni-C合金的超彈性較差，在回復變形的時候會產生碳化物。Fe-Mn-Si合金雖然具有較好的形狀記憶效應，但是它的冷加工性能和抗腐蝕性能差，也沒有表現出超彈性。?JP?2000-17395?A?公開了一種Fe-Ni-Si形狀記憶合金，此合金由15-35%的Ni，1.5-10%的Si和Fe組成，其中包含不可避免的雜質。JP?2003-268501A?公開了一種Fe-Ni-Al形狀記憶合金，此合金由15-40%的Ni，1.5-10%的Al和Fe組成，然而，這些形狀記憶合金的形狀記憶效應和超彈性都不是很理想，還有待改進。?

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是：提出一種超彈性優良的多晶鐵基形狀記憶合金。

本發明所要解決的第二個技術問題是：提出一種超彈性優良的多晶鐵基形狀記憶合金的制備方法。

為了解決第一個技術問題，本發明提出一種超彈性優良的多晶鐵基形狀記憶合金，其按原子百分數含有如下組分：25-30%的Ni，10-13%的Al，0.8-1%的Ta和55-65%Fe，以及一些不可避免的雜質。

為了解決第二個技術問題，本發明提出了一種制備上述多晶鐵基形狀記憶超彈性合金的方法，該制備方法包括了固溶處理和時效處理工藝。

作為本發明的優選方案，固溶溫度在1250-1300℃的范圍內，固溶時間在20-40min，冷卻速度要大于200℃/s。冷卻速度越大越好，常用水淬。通過進行特定溫度的固溶處理，使合金母相具有面心立方結構。

作為本發明的優選方案，時效處理工藝的溫度在550-650℃范圍，時效處理的時間在50-65小時。時效溫度對改善和穩定合金的超彈性的影響較大。合理的時效時間能夠有效的促進沉淀相的析出，強化合金面心立方結構母相基體。時效時間太短得不到很好的超彈性，時效時間太長將會降低合金的延展性，不利于加工。

本發明的有益效果如下：

本發明對各合金元素進行了合理的成分配比，能使合金母相具有面心立方結構，能夠很好的產生馬氏體相變，能促使合金母相中析出有序的沉淀析出相，增加合金的強度，改善合金的超彈性，還能有效的增加合金的延展性，有助于形成沉淀析出相，起到沉淀強化的作用。同時通過合理的固溶時效處理來提高奧氏體母相的強度，降低應力誘發馬氏體相變的臨界應力和減少不可恢復性形變，從而得到具有超彈性和強度的多晶鐵基形狀記憶合金?？苫謴托巫冃阅苁呛饬亢辖鸪瑥椥缘闹匾笜?，本發明的多晶鐵基形狀記憶合金的可恢復形變大于現有的Ni-Ti等形狀記憶合金，是一種價格低廉、易于加工、性能良好的多晶鐵基形狀記憶超彈性合金。

附圖說明

圖1是????????????????????????????????????????????????合金600℃下時效時，時效時間對合金最大抗壓強度和

可恢復形變的影響。

圖2是合金在不同溫度下時效60h時，時效溫度對合金最大抗壓強度和可恢復形變的影響。

具體實施方式

實施例一