專利名稱：一種具有線性超彈性的Ni-Fe-Al合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有線性超彈性的合金及其制備方法，更具 體的說(shuō)，是涉及一種具有線性超彈性的Ni-Fe-Al合金及其粉末冶金制備方法。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)Ti-Ni系、Cu基、Fe基及磁性等超彈性合金系報(bào)道較多。 Ni-Ti合金具有比強(qiáng)度高、生物相容性好、優(yōu)良的阻尼性，以及無(wú)磁、耐腐蝕、耐磨損 等特性，在相變區(qū)域具有良好的超彈性，經(jīng)一定工藝處理后，線性超彈性應(yīng)變量可達(dá)到4%， 非線性超彈性應(yīng)變量可達(dá)8W左右。但Ti-Ni合金相變溫度低，且價(jià)格昂貴，加工成形困難。 Cu基合金是熱彈性的，形狀記憶效應(yīng)和超彈性是這類材料的本質(zhì)特征，具有潛在的超 彈性應(yīng)用和減振、阻尼應(yīng)用，價(jià)格低廉，記憶應(yīng)變與恢復(fù)力高，其典型代表是Cu-Zn-Al、 Cu-Al-Ni、 Cu-Al-Be等合金。但Cu-Al-Ni合金絲材在高溫下焊接時(shí)絲材組織發(fā)生變化，受 熱部位變硬，彈性變差，彎曲不均勻；Cu-Al-Ni合金絲材的塑性不夠，冷加工性能在許多 情況下不能滿足應(yīng)用的要求；Cu-Al-Be合金存在馬氏體穩(wěn)定化、易發(fā)生晶界破壞及疲勞壽 命短等缺點(diǎn)。
Fe基合金以其極好的可加工性和低廉的制備成本，現(xiàn)已成為材料科學(xué)與工程中一個(gè)備 受關(guān)注的課題，尤以Fe-Mn-Si系合金在合金強(qiáng)度、塑性、加工性能及可提供宏觀可逆應(yīng)變 等方面性能超群，但Fe-Mn-Si三元合金由于層錯(cuò)能低難以實(shí)現(xiàn)交滑移而成形加工性很差， 成材率低，且易生銹。
近十年來(lái)，由于首先在NiMnGa體系中發(fā)現(xiàn)磁致馬氏體相變，引起了磁致形狀記憶合 金研究的熱潮，出現(xiàn)了除NiMnGa體系以外，諸如CoNiGa、 CoNiAl、 FePt/Pd, NiMnAl 等諸多形狀記憶合金。其中，CoNiGa合金的超彈性應(yīng)變超過4W，但CoNiGa合金在應(yīng)力 作用下脆性較低。NiAl合金具有熔點(diǎn)高、密度低、熱傳導(dǎo)性好和抗高溫氧化能力優(yōu)異等特 點(diǎn)，是一種很有前途的航空航天耐熱結(jié)構(gòu)材料，由于其高的相轉(zhuǎn)變溫度和高溫形狀記憶效 應(yīng)而得到廣泛關(guān)注，但多晶P基NiAl塑性流變沒有充足的滑移系，晶粒與晶粒間的協(xié)調(diào) 變形能力差，因此常溫下合金很脆，冷變形能力差。
Ni-Fe-Al合金是在NiAl熱彈馬氏體相變特性的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。鑒于具有(^+y)雙 相組織的Ni-Fe-Al合金具有良好的室溫延性、高的力學(xué)性能、可以通過改變成分而在很寬的溫度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其相變溫度、合金淬火態(tài)在應(yīng)力作用下呈現(xiàn)出良好的線性超彈性等特點(diǎn) 而具有很好的研究?jī)r(jià)值。但是，Ni-Fe-Al合金冷變形能力有限，雖然有好的熱加工性能， 但其熱加工溫度必須在130(TC以上，對(duì)模具的要求較高，加工條件苛刻；并且熔鑄法制備 的Ni-Fe-Al合金成分難以精確控制，易產(chǎn)生成分偏析，進(jìn)而影響材料的性能，限制了該合 金的研究開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有良好線性超彈性Ni-Fe-Al合金及其制備方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的Ni-Fe-Al合金，按原子百分比由如下組分組成，鎳 (Ni)為56.5 51%，鐵(Fe)為18.5 22%，其余為鋁(A1)，再按上述成分進(jìn)行配比，采用粉 末冶金技術(shù)直接制備，并將合金燒結(jié)坯在110(TC 128(TC溫度下進(jìn)行淬火處理，得到部分 或全部馬氏體相，以使合金呈現(xiàn)線性超彈性。
上述各合金元素原料均為粉末，羰基鎳(Ni)粉，粒徑為2.36 iam，純度〉99.7%;羰基 鐵(Fe)粉粒徑為3.36|nm，純度>98.4%;微細(xì)球形鋁(A1)粉，粒徑為6.00 jam，純度>99.8%。
本發(fā)明具有線性超彈性的Ni-Fe-Al合金的制備方法，包括以下步驟
a) 混料按成分配比稱取粉末，置于混料桶內(nèi)混合均勻。
b) 壓制以500MPa壓制壓力將粉末壓制成形。
c) 燒結(jié)在128(TC的燒結(jié)溫度下真空燒結(jié)，保溫時(shí)間為1.5 2h，隨爐冷卻。
d) 熱處理合金燒結(jié)坯經(jīng)過1100'C 128(TC溫度淬火處理，從而得到本發(fā)明具有線性 超彈性的Ni-Fe-Al合金。
本發(fā)明的采用粉末冶金技術(shù)制備并經(jīng)過淬火處理，可獲得具有完全線性超彈性的 Ni-Fe-Al合金。通過本發(fā)明的具有線性超彈性Ni-Fe-Al合金的制備方法，可解決加工成形 困難的問題及熔鑄法易產(chǎn)生偏析的問題，使合金成分更趨于均勻，并能夠很好的控制燒結(jié) 過程中合金的晶粒長(zhǎng)大。該合金還可通過改變淬火溫度，改變馬氏體相變溫度，擴(kuò)大該合 金的應(yīng)用溫度范圍，并具有優(yōu)良的超彈性。這樣，就大大拓展了Ni-Fe-Al合金的應(yīng)用領(lǐng)域。 同時(shí)，由于本發(fā)明的線性超彈性Ni-Fe-Al合金的制備成本低廉，原材料也比較容易獲得， 進(jìn)一步擴(kuò)展了該合金的應(yīng)用前景。


圖1為實(shí)施例7拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的內(nèi)容不局限于實(shí)施例。 實(shí)施例l:
步驟1)按原子百分比分別稱取組分鎳(Ni)為56.5%，鐵(Fe)為18.5%，鋁(A1)為25%, 將這三種粉末置于混料桶中混合均勻。
步驟2)以500MPa壓制壓力將粉末壓制成形。
步驟3)在128(TC的燒結(jié)溫度下真空燒結(jié)，保溫時(shí)間為2h，隨爐冷卻。 步驟4)將合金燒結(jié)坯加熱至128(TC并保溫2h,取出立即做淬火處理。
對(duì)上述制備的Ni56.5Fe^Al25合金進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)合金淬火態(tài)呈現(xiàn)出完全線性
超彈性，彈性回復(fù)量為4.3%。 實(shí)施例2:
步驟1)按原子百分比分別稱取組分鎳(Ni)為56.5%,鐵(Fe)為18.5%，鋁(A1)為25%, 將這三種粉末置于混料桶中混合均勻。
步驟2)以500MPa壓制壓力將粉末壓制成形。
步驟3)在1280'C的燒結(jié)溫度下真空燒結(jié)，保溫時(shí)間為2h，隨爐冷卻。 步驟4)將合金燒結(jié)坯加熱至1200'C并保溫16h，取出立即做淬火處理。
對(duì)上述制備的Ni56.5Fe化5Al25合金進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)合金淬火態(tài)呈現(xiàn)出完全線性
超彈性，彈性回復(fù)量為4.2%。 實(shí)施例3:
步驟1)按原子百分比分別稱取組分鎳(Ni)為56%，鐵(Fe)為19%，鋁(A1)為25%，
將這三種粉末置于混料桶中混合均勻。
步驟2)以500MPa壓制壓力將粉末壓制成形。
步驟3)在1280'C的燒結(jié)溫度下真空燒結(jié)，保溫時(shí)間為2h，隨爐冷卻。 步驟4)將合金燒結(jié)坯加熱至1280。C并保溫2h，取出立即做淬火處理。 對(duì)上述制備的Ni56Fe^Al25合金進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)合金淬火態(tài)呈現(xiàn)出完全線性超 彈性，彈性回復(fù)量為4.2%。
實(shí)施例4:
步驟1)按原子百分比分別稱取組分鎳(Ni)為56%，鐵(Fe)為19%,鋁(A1)為25%， 將這三種粉末置于混料桶中混合均勻。
步驟2)以500MPa壓制壓力將粉末壓制成形。步驟3)在1280'C的燒結(jié)溫度下真空燒結(jié)，保溫時(shí)間為2h，隨爐冷卻。 步驟4)將合金燒結(jié)坯加熱至1200'C并保溫16h，取出立即做淬火處理。 對(duì)上述制備的Ni56Fe^Al25合金進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)合金淬火態(tài)呈現(xiàn)出完全線性超 彈性，彈性回復(fù)量為4.4%。
實(shí)施例5:
步驟1)按原子百分比分別稱取組分鎳(Ni)為56%，鐵(Fe)為19%，鋁(A1)為25%， 將這三種粉末置于混料桶中混合均勻。
步驟2)以500MPa壓制壓力將粉末壓制成形。
步驟3)在1280'C的燒結(jié)溫度下真空燒結(jié)，保溫時(shí)間為2h，隨爐冷卻。 步驟4)將合金燒結(jié)坯加熱至1100'C并保溫18.5h，取出立即做淬火處理。 對(duì)上述制備的Ni56FewAl25合金進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)合金淬火態(tài)呈現(xiàn)出完全線性超 彈性，彈性回復(fù)量為3.3%。
實(shí)施例6:
步驟1)按原子百分比分別稱取組分鎳(Ni)為54%，鐵(Fe)為20%,鋁(A1)為26%， 將這三種粉末置于混料桶中混合均勻。
步驟2)以500MPa壓制壓力將粉末壓制成形。
步驟3)在128(TC的燒結(jié)溫度下真空燒結(jié)，保溫時(shí)間為1.5h，隨爐冷卻。 步驟4)將合金燒結(jié)坯加熱至120(TC并保溫0.5h，取出立即做淬火處理。 對(duì)上述制備的Ni54Fe2oAl26合金進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)合金淬火態(tài)呈現(xiàn)出完全線性超 彈性，彈性回復(fù)量為5.8%。
實(shí)施例7:
步驟l)按原子百分比分別稱取組分鎳(Ni)為5P/。，鐵(Fe)為22M，鋁(A1)為27%, 將這三種粉末置于混料桶中混合均勻。
步驟2)以500MPa壓制壓力將粉末壓制成形。
步驟3)在128(TC的燒結(jié)溫度下真空燒結(jié)，保溫時(shí)間為2h，隨爐冷卻。 步驟4)將合金燒結(jié)坯加熱至120(TC并保溫lh，取出立即做淬火處理。 對(duì)上述制備的NiMFe22Al27合金進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)合金淬火 呈現(xiàn)出完全線性超 彈性，彈性回復(fù)量為6.3%。
權(quán)利要求
1.一種具有線性超彈性的Ni-Fe-Al合金，其特征在于按原子百分比，組分鎳為56.5-51％，鐵為18.5-22％，余量為鋁。
2. 根據(jù)按權(quán)利要求l所述具有線性超彈性的Ni-Fe-Al合金，其特征在于所述組分鎳 為粉末，屬微米級(jí)羰基鎳粉，粒徑《3.00um，純度>99.7%。
3. 根據(jù)按權(quán)利要求l所述具有線性超彈性的Ni-Fe-Al合金，其特征在于所述組分鐵 為粉末，屬微米級(jí)羰基鐵粉，粒徑為《4.00um，純度>98.4%。
4. 根據(jù)按權(quán)利要求l所述具有線性超彈性的Ni-Fe-Al合金，其特征在于所述組分鋁 為粉末，屬微細(xì)球形鋁粉，粒徑為《6.00nm，純度>99.8%。
5. —種制備如權(quán)利要求1所述具有線性超彈性的Ni-Fe-Al合金的制備方法，其特征在 于，采用粉末冶金技術(shù)直接制備Ni-Fe-Al合金，具體包含下列步驟a) 混料按成分配比稱取粉末，置于混料桶內(nèi)混合均勻；b) 壓制以500MPa壓制壓力將粉末壓制成形；c) 燒結(jié)在128(TC的燒結(jié)溫度下真空燒結(jié)，保溫時(shí)間為1.5 2h，隨爐冷卻；d) 熱處理合金燒結(jié)坯經(jīng)過110(TC 128(TC溫度淬火處理，從而得到本發(fā)明具有線性 超彈性的Ni-Fe-Al合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有線性超彈性的Ni-Fe-Al合金及其制備方法，該合金的組分和含量(按原子百分比)是鎳(Ni)為56.5-51％，鐵(Fe)為18.5-22％，其余為鋁(Al)。采用粉末冶金技術(shù)直接制備Ni-Fe-Al合金，其過程包括混料、壓制、燒結(jié)和熱處理(淬火)。該合金燒結(jié)坯經(jīng)過淬火處理后呈現(xiàn)線性超彈性，彈性回復(fù)量為3~7％。本發(fā)明的應(yīng)用范圍大，在實(shí)際工程中利用超彈性可以吸收和耗散結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量，可用于制作機(jī)械類傳感與控制元件，人體矯形元件，阻尼元件，高效能彈性元件，吸波減震、防噪音裝置，結(jié)構(gòu)件的過載保護(hù)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)。
文檔編號(hào)C21D1/18GK101608274SQ20091004383
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者靜 盧, 羅豐華 申請(qǐng)人:中南大學(xué)