一种高阻尼Ni-Co-Mn-Sn磁性形状记忆合金及其制备方法

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。