一种高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金及其制备方法
文献发布时间:2024-04-18 19:58:53
技术领域
本发明涉及合金技术领域,具体涉及一种高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金及其制备方法。
背景技术
随着技术的发展,智能材料在取代传统材料方面发挥着至关重要的作用。形状记忆合金作为一种智能材料,它在受热、磁变化和低温条件下可以恢复形状。形状记忆合金有多种类型,如温控形状记忆合金、磁性形状记忆合金、形状记忆薄膜等。磁性形状记忆合金是近些年发展起来的一类新型形状记忆合金。这类合金的特征是同时具有热弹性马氏体相变和铁磁性转变,所以其形变可以由磁场控制。与传统温控形状记忆合金和巨磁致伸缩材料相比,磁性形状记忆合金兼具应变大、响应快的综合优点。磁性形状记忆合金主要包括Ni-Mn-(Sn、In、Ga)基等。其中Ga和In元素都属于贵金属,成本较高,且含有毒性。
随着现代工业的发展,在航空、航天以及轨道交通等领域存在着不同程度的噪声和振动,为了减少振动和噪声带来的危害,常用的方法是在关键零部件运用具有高阻尼性能的材料,其中阻尼合金是众多阻尼材料中的重要分支之一。金属根据阻尼能力的大小可以分为两类:一类是铝合金、铜合金、钛合金和钢等金属,其阻尼性能低;另一类是Fe、Ni、Mn-Cu等合金,其阻尼性能较高。目前已经开发的阻尼合金根据阻尼机理的不同可以分为四种类型,分别为复相型、铁磁型、位错型和孪晶型。其中孪晶型和铁磁型阻尼合金分别会受到高温和磁场的影响,严重影响了该合金的实际应用,因此需要研究一种可抗高温和磁场的高阻尼合金。
Ni-Mn-Sn基磁性形状记忆合金,其高温奥氏体相是L2
通过Ni-Mn-Sn基合金的相变过程,可以确定该合金在室温下存在马氏体结构。根据具有高阻尼性能的Mn-Cu合金,以及可温度控制的Cu-Al基形状记忆合金,两种合金基体内都存在马氏体结构与孪晶亚结构,从而具有较好的孪晶阻尼性能。一般的Ni-Mn基磁性形状记忆合金,其马氏体相变温度一般位于室温附近,导致其发生马氏体相变位于室温以下,从而在室温附近不具有阻尼性能。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金及其制备方法,以解决现有记忆合金相变温度和阻尼性能较低、抗高温和抗磁场性能不能兼具的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
一种高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金,化学式为Ni
进一步地,一种高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金,化学式为Ni
上述高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
按照所述Ni
进一步地,镍块、钴片、锰片和锡块的纯度均大于99.9%。
进一步地,真空熔炼的真空度小于4.5×10
进一步地,真空熔炼和继续熔炼的温度均为1500-1700℃。
进一步地,真空熔炼和继续熔炼的时间均为30-50min。
进一步地,充入惰性气体后压强为0.05-0.07MPa。
上述的高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金在减震降噪中的应用。
本发明具有以下有益效果:
(1)本发明的Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金的制备方法简单,原料价格低;不同于一般的采用真空电弧熔炼,本发明采用真空感应熔炼,能够减少熔炼过程中Mn元素的挥发,以及保持较好的均匀性;并且熔炼后的合金不需要后续的热处理就可以使用,大大节省了合金的制备成本。
(2)本发明的Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金可以通过Mn和Sn含量的变化,来调整合金的相变温度,具有良好的可操控性。并且制备的合金相变温度较高,能促进更多的马氏体结构形成,从而具有较好的阻尼性能。
附图说明
图1为实施例1制得的高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金的DSC测试结果;
图2为实施例2制得的高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金的DSC测试结果;
图3为实施例3制得的高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金的DSC测试结果;
图4为对比例1制得的高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金的DSC测试结果;
图5为实施例1制得的高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金的内耗随应变振幅变化的曲线图;
图6为实施例1制得的高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金的动态力学耗损随温度变化的曲线图;
图7为实施例2制得的高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金的内耗随应变振幅变化的曲线图;
图8为实施例3制得的高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金的内耗随应变振幅变化的曲线图;
图9为对比例1制得的高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金的内耗随应变振幅变化的曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1:
一种高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金,包括以下原子百分比组分:Ni45%、Co5%、Mn43%、Sn7%。
其制备方法,包括以下步骤:
(1)配料:按照按照Ni
(2)烘料:将步骤(1)称取的镍、钴、锰和锡表面进行打磨清洗,放入烘干箱中,于300℃烘干24h,保证原材料没有水分。
(3)装料:将烘干后的原材料装入真空感应炉中的坩埚内,将浇筑锭模放入炉内,关闭炉门,拧紧放气阀门。
(4)抽真空:关闭高真空阀,打开低真空阀,开启机械泵,随后打开预真空阀,并打开扩散泵电源。当真空度达到500Pa时,打开罗茨泵,直到真空度达到2~3Pa。扩散泵加热30min后,当真空度达到2Pa以下时,关闭低真空阀,打开高真空阀,进入高真空抽气状态,保持真空度小于4.5×10
(5)真空熔炼:将真空孔感应炉的功率调制28kW,将温度升至1600℃,处理50min,至原料熔化得到液态混合物。
(6)充入氩气:将真空感应炉的功率调至0,往炉腔内部充入纯度为99.9%的氩气,当压强达到0.06Mpa时,即停止。
(7)继续熔炼:继续将真空感应炉的功率调至20kW,保持50min,至液体充分融合。
(8)浇铸:关闭高真空阀,关闭罗茨泵,将精炼后的液态混合物缓缓浇铸到锭模内,随后静置30min,制得。
实施例2:
一种高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金,包括以下原子百分比组分:Ni45%、Co5%、Mn42%、Sn8%。
其制备方法,包括以下步骤:
(1)配料:按照按照Ni
(2)烘料:将步骤(1)称取的镍、钴、锰和锡表面进行打磨清洗,放入烘干箱中,于300℃烘干24h,保证原材料没有水分。
(3)装料:将烘干后的原材料装入真空感应炉中的坩埚内,将浇筑锭模放入炉内,关闭炉门,拧紧放气阀门。
(4)抽真空:关闭高真空阀,打开低真空阀,开启机械泵,随后打开预真空阀,并打开扩散泵电源。当真空度达到500Pa时,打开罗茨泵,直到真空度达到2~3Pa。扩散泵加热30min后,当真空度达到2Pa以下时,关闭低真空阀,打开高真空阀,进入高真空抽气状态,保持真空度小于4.5×10
(5)真空熔炼:将真空孔感应炉的功率调制28kW,将温度升至1600℃,处理50min,至原料熔化得到液态混合物。
(6)充入氩气:将真空感应炉的功率调至0,往炉腔内部充入纯度为99.9%的氩气,当压强达到0.06Mpa时,即停止。
(7)继续熔炼:继续将真空感应炉的功率调至20kW,保持50min,至液体充分融合。
(8)浇铸:关闭高真空阀,关闭罗茨泵,将精炼后的液态混合物缓缓浇铸到锭模内,随后静置30min,制得。
实施例3:
一种高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金,包括以下原子百分比组分:Ni45%、Co5%、Mn40%、Sn10%。
其制备方法,包括以下步骤:
(1)配料:按照按照Ni
(2)烘料:将步骤(1)称取的镍、钴、锰和锡表面进行打磨清洗,放入烘干箱中,于300℃烘干24h,保证原材料没有水分。
(3)装料:将烘干后的原材料装入真空感应炉中的坩埚内,将浇筑锭模放入炉内,关闭炉门,拧紧放气阀门。
(4)抽真空:关闭高真空阀,打开低真空阀,开启机械泵,随后打开预真空阀,并打开扩散泵电源。当真空度达到500Pa时,打开罗茨泵,直到真空度达到2~3Pa。扩散泵加热30min后,当真空度达到2Pa以下时,关闭低真空阀,打开高真空阀,进入高真空抽气状态,保持真空度小于4.5×10
(5)真空熔炼:将真空孔感应炉的功率调制28kW,将温度升至1600℃,处理50min,至原料熔化得到液态混合物。
(6)充入氩气:将真空感应炉的功率调至0,往炉腔内部充入纯度为99.9%的氩气,当压强达到0.06Mpa时,即停止。
(7)继续熔炼:继续将真空感应炉的功率调至20kW,保持50min,至液体充分融合。
(8)浇铸:关闭高真空阀,关闭罗茨泵,将精炼后的液态混合物缓缓浇铸到锭模内,随后静置30min,制得。
对比例1
一种高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金,包括以下原子百分比组分:Ni45%、Co5%、Mn42%、Sn8%。
其制备方法,包括以下步骤:
(1)配料:按照按照Ni
(2)烘料:将步骤(1)称取的镍、钴、锰和锡表面进行打磨清洗,放入烘干箱中,于300℃烘干24h,保证原材料没有水分。
(3)装料:将烘干后的原材料装入真空感应炉中的坩埚内,将浇筑锭模放入炉内,关闭炉门,拧紧放气阀门。
(4)抽真空:关闭高真空阀,打开低真空阀,开启机械泵,随后打开预真空阀,并打开扩散泵电源。当真空度达到500Pa时,打开罗茨泵,直到真空度达到2~3Pa。扩散泵加热30min后,当真空度达到2Pa以下时,关闭低真空阀,打开高真空阀,进入高真空抽气状态,保持真空度小于4.5×10
(5)真空熔炼:将真空孔感应炉的功率调制28kW,将温度升至1600℃,处理50min,至原料熔化得到液态混合物。
(6)充入氩气:将真空感应炉的功率调至0,往炉腔内部充入纯度为99.9%的氩气,当压强达到0.06Mpa时,即停止。
(7)继续熔炼:继续将真空感应炉的功率调至20kW,保持50min,至液体充分融合。
(8)浇铸:关闭高真空阀,关闭罗茨泵,将精炼后的液态混合物缓缓浇铸到锭模内,随后静置30min。
(9)热处理:浇铸出的铸锭放入马弗炉中进行热处理,加热温度为900℃,保温12h,后取出水冷,制得。
试验例1:
取实施例1-3和对比例1制得的高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金进行实验。
利用线切割技术,将样品分别切割成2×2×2mm的块状样品,将块状样品经过砂纸打磨掉表面的杂质后,用DSC测试其相变温度点,实验结果如图1-4所示。
从图1中可以看出,实施例1制得的Ni
试验例2:
取实施例1-3和对比例1制得的高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金进行实验。
利用线切割技术,将样品分别切割出尺寸为35×10×1mm的片状样品,将片状样品经过砂纸打磨后,用Q800DMA测试其室温阻尼性能,实验结果如图5-9所示。
从图5可以看出,实施例1制得的Ni
通过对比实施例3制得的Ni
从图9可以看出经过热处理后的对比例1制得的Ni
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
- 一种高阻尼CuAlMn形状记忆合金的制备方法
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