[發明專利]一種高超彈性NiMnSnCo合金微絲的制備方法

有效

• 申請號: 201610353659.4
• 申請日: 2016-05-25
• 公開（公告）號: CN105908051B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 從道永;劉東民;王沿東;張勇
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C30/04
• 分類號: C22C30/04;C22C1/02;B22D19/14
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明屬于金屬智能材料領域，具體涉及一種高超彈性鎳鈷錳錫合金微絲的制備。

背景技術

NiMnSn(Co)合金是一種新型的多功能材料，被廣泛應用于驅動器、傳感器和磁制冷領域。NiMnSn(Co)合金作為磁致形狀記憶合金的一個重要分支，能夠在磁場下誘發馬氏體逆相變，具有良好的磁熱效應和磁誘發形狀記憶效應。目前，對該合金的馬氏體相變、微觀組織、磁性能等已有較多報道，但對該合金的超彈性性能研究較少，其原因在于其固有的脆性已經成為實際生產及應用的主要障礙。

利用玻璃包覆法制備的NiMnSn(Co)合金微絲，由于其具有獨特的微觀組織，通常表現出較普通塊體材料更加優異的性能。相對于普通塊體合金，該合金微絲制備工藝簡單，其制備方式具有極快的冷卻速度；該制備方法可以降低合金有序度、減小晶粒尺寸和提高延伸率，從而使微絲獲得優異的形狀記憶效應及超彈性，具有更優良的綜合性能。

目前在NiMnSn(Co)體系中文獻報道的多晶塊體的最大壓縮超彈性僅為3％，嚴重限制了其在工業上的應用。此外，微型化功能器件低成本、小尺寸和高響應速度的發展趨勢，也給形狀記憶合金微絲的發展帶來了更大的契機。

發明內容

本發明采用玻璃包覆法制備高超彈性NiMnSn(Co)合金微絲，此種制備方法一方面能改善合金的脆性；另一方面具有極快速(600-900℃/s)的冷卻方式可以減小晶粒尺寸，并在一定程度上能提升其塑性，從而可以使微絲獲得較為優異的形狀記憶效應及超彈性。

一種高超彈性NiMnSnCo合金微絲的制備方法，其特征在于通過玻璃包覆法制備NiMnSnCo高超彈性合金微絲，合金微絲組成成分范圍為Ni_1-x-y-zMn_xSn_yCo_z，其中x＝0.3～0.5，y＝0.1～0.2，z＝0.05～0.2。

本發明通過玻璃包覆法制備的NiMnSnCo高超彈性合金微絲，其特點在于：所用單質原材料Ni、Mn、Sn和Co的純度應大于99.99wt.％。

上述NiMnSn(Co)高超彈性合金微絲的制備過程如下：

步驟一、母合金的制備

將所需要的Ni，Mn，Sn，Co按照上述合金的原子百分比逐一進行稱取，質量精確到千分位，然后在高純氬氣保護環境下用高真空電弧爐進行熔煉，為了充分保證合金成分的均勻性，合金應反復熔煉4次以上，且應保證中間兩次熔煉過程中配合電磁攪拌。熔煉完成后，稱取母合金錠質量，質量偏差1％以內的合金錠才可用來進行下一步生產。這主要是為了盡量減小Mn元素的揮發對合金成分造成的影響。

步驟二、合金錠的吸鑄

將步驟一制得的母合金紐扣鑄錠重新熔化，利用高真空電弧爐自帶的吸鑄裝置，將母合金吸鑄成直徑為5mm的圓棒。

步驟三、切割制絲樣品

將步驟二獲得的圓棒用低速金剛石圓鋸切割成高度為5-6mm的圓柱。

步驟四、制備合金微絲

制備絲材使用的設備是玻璃包覆拉絲機。將步驟三制備的小圓柱放入高硼硅玻璃管底部，啟動電源將小圓柱感應熔化，玻璃管底部軟化后，用預先制備好的帶尖端的玻璃棒從軟化的玻璃管底部引出帶有包覆玻璃的合金絲。

在上述合金成分范圍內，利用玻璃包覆法均能制備出具有優良力學性能的高超彈性NiMnSn(Co)合金微絲。

上述NiMnSn(Co)高超彈性合金微絲制備及測試采用的設備是：

上述NiMnSn(Co)合金微絲制備采用的拉絲設備是玻璃包覆拉絲機，玻璃包覆拉絲機公開號：CN102127720A。

上述NiMnSn(Co)合金微絲力學性能測試在電子萬能材料試驗機上進行，所用型號為：Instron5966。

本發明所提供的高超彈性NiMnSnCo合金微絲其優點體現在：

(1)本發明的NiMnSnCo合金微絲相對于塊體具有高的超彈性，且為拉伸超彈性，而塊體不具有此特性；同時本發明實現了制備性能優異的NiMnSnCo高超彈性合金微絲，拓寬了微絲的體系，有助于微絲在微型傳感器及驅動器等領域的更廣泛應用。

(2)本發明的高超彈性NiMnSnCo合金微絲的生產工藝簡單易操作，成本 相對較低。合金絲圓整度高、表面質量好、尺寸均勻，長度最高可達200cm。

附圖說明

下面結合附圖和實例對本發明微絲作進一步說明。

圖1為NiMnSnCo合金微絲SEM圖像；