法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2022-06-03
公开
发明专利申请公布
技术领域
本发明属于合金技术领域，特别涉及一种大本征内耗镍锰镓合金及其制备方法。
背景技术
阻尼是合金材料在受激震动时将动能耗散成为热能的一种物理性质。当高精密仪器在空间环境中工作时，减少震动和噪音可以延长仪器的使用寿命，因此需要器件在一定温度范围内保持保持高且稳定的阻尼。记忆合金中含有大量的孪晶界面，孪晶界面的移动可以产生高的阻尼值，同时马氏体相变过程中的相界面运动也可以带来能量的耗散。
记忆合金的阻尼内耗主要位于两个温度区间，一个是马氏体相变温度区间，内耗主要由相变内耗组成，来源于相变过程中相界面的推移；另一个温度区间是在马氏体相变结束温度之下，此时合金处于马氏体状态，内耗主要由本征内耗组成，来源于马氏体孪晶界面的移动。相变内耗与相变机制有关，只在马氏体相变的温度范围内产生，应用温度范围小，而本征内耗与升降温速率无关，可以在马氏体状态下稳定存在，因此马氏体状态下合金的阻尼性能无需变温且应用温度范围更广，阻尼性能稳定，具有更广泛的应用价值。
本征内耗主要取决于微观组织的结构特点，可以通过掺杂、引入缺陷等方法来调控马氏体孪晶界面的移动。现有提高合金阻尼特性的常见方法是增加合金中马氏体孪晶界面的数量，而通常增加孪晶界面的方法通常是通过热处理方法和机械训练，但这些方法无法在脆性材料中获得较大的本征内耗，例如不能提供大本征内耗镍锰镓合金。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大本征内耗镍锰镓合金及其制备方法，由本发明提供的制备方法得到的镍锰镓合金具有本征内耗大的特点。
为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种大本征内耗镍锰镓合金的制备方法，包括以下步骤：
提供镍锰镓合金的铸锭；
将所述铸锭依次进行固溶处理和电子辐照处理，得到所述大本征内耗镍锰镓合金。
优选的，所述电子辐照处理的条件包括：辐照剂量为1×10
优选的，所述电子辐照处理中电子的能量损失≥95％。
优选的，所述电子辐照处理的温度为20～50℃。
优选的，所述镍锰镓合金包括、Ni50Mn25Ga25、Ni54Mn25Ga21和Ni50Mn28Ga22中的一种或多种。
优选的，所述固溶处理的温度为850～950℃，保温时间为12～36h。
优选的，所述固溶处理后、电子辐照处理前，还包括进行冰水淬。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法得到的大本征内耗镍锰镓合金，所述大本征内耗镍锰镓合金的阻尼值为0.044～0.095。
本发明提供了一种大本征内耗镍锰镓合金的制备方法，包括以下步骤：提供镍锰镓合金的铸锭；将所述铸锭依次进行固溶处理和电子辐照处理，得到所述大本征内耗镍锰镓合金。在本发明中，电子辐照处理会在合金中引入大量的空位和位错等缺陷，马氏体孪晶界面在运动过程中会受到辐照缺陷的钉扎作用，且随着电子辐照剂量的增加，缺陷逐渐增多，因此马氏体变体和孪晶界面的摩擦能显著提高，可以消耗更多的能量，使合金内耗升高，提高了合金的本征内耗值。
实施例测试结果表明，本发明提供的制备方法得到的大本征内耗镍锰镓合金的阻尼值为0.044～0.095。
附图说明
图1为实施例1～3的不同能量的电子在镍锰镓合金中的运动轨迹和能量分布模拟图；
图2为实施例3和对比例1～2所得镍锰镓合金的XRD图；
图3为实施例3和对比例1～2所得镍锰镓合金的阻尼随温度变化曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种大本征内耗镍锰镓合金的制备方法，包括以下步骤：
提供镍锰镓合金的铸锭；
将所述铸锭依次进行固溶处理和电子辐照处理，得到所述大本征内耗镍锰镓合金。
本发明提供镍锰镓合金的铸锭。
在本发明中，所述镍锰镓合金的铸锭的制备方法优选包括以下步骤：将纯镍、纯锰和纯镓原料按照镍锰镓合金的化学组成混合，进行熔炼，将所得的金属熔液进行浇铸，得到铸锭。
在本发明中，所述纯镍、纯锰和纯镓的纯度独立地优选≥99.99wt.％。
在本发明中，所述镍锰镓合金优选包括Ni50Mn29Ga21、Ni50Mn25Ga25、Ni54Mn25Ga21和Ni50Mn28Ga22中的一种或多种。
在本发明中，所述熔炼的方法优选为真空感应熔炼。在本发明中，所述熔炼的设备优选为水冷铜坩埚。
在本发明中，所述熔炼的温度优选为1300～1450℃，更优选为1350～1450℃。
本发明对所述浇铸没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的浇铸即可。
得到铸锭后，本发明将所述铸锭依次进行固溶处理和电子辐照处理，得到所述大本征内耗镍锰镓合金。
在本发明中，所述固溶处理的温度优选为850～950℃，更优选为870～930℃，最优选为900℃；保温时间优选为12～36h，更优选为18～30h，最优选为24h。在本发明中，所述固溶处理优选为：将所述铸锭置于石英管中，抽真空，密封，进行固溶处理保温。在本发明中，所述抽真空后石英管内的真空度优选为10
在本发明中，所述电子辐照处理中辐照剂量优选为1×10
在本发明中，所述电子辐照处理中电子的能量损失优选≥95％。
在本发明中，当所述铸锭的厚度为6cm时，所述电子辐照处理中辐照能量优选为0.6MeV～1.2MeV。
在本发明中，所述电子辐照处理的温度优选为20～50℃，更优选为25～45℃。在本发明中，保持所述电子辐照处理的温度的方法优选为：将固溶处理后的合金铸锭置于铜板上，铜板下通冷却水，通过热传递保持合金铸锭在电子辐照处理中的温度。
在本发明中，所述电子辐照处理的设备优选为电子加速器。
所述固溶处理后、电子辐照处理前，本发明优选还包括将固溶处理后的合金锭进行冰水淬。本发明对所述冰水淬没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的冰水淬即可。
所述冰水淬后，本发明优选还包括：将冰水淬所得冰水淬合金锭进行去除表面氧化皮处理。在本发明中，所述去除表面氧化皮处理的方法优选包括机械打磨。本发明对所述机械打磨没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的机械打磨即可。
在本发明中，电子辐照处理的辐照能量与进行电子辐照处理的合金锭厚度有关。为保证所述电子辐照处理中电子的能量损失≥95％，当所述合金铸锭的厚度过大，所述电子辐照处理中辐照能量不足以使电子的能量损失≥95％时，本发明优选还包括将冰水淬合金锭进行切割，然后再进行去除表面氧化皮处理；所述切割以保证所述电子辐照处理中电子的能量损失≥95％为准。在本发明中，所述切割的设备优选为电火花线切割机。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法得到的大本征内耗镍锰镓合金，所述大本征内耗镍锰镓合金的阻尼值为0.044～0.095。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种大本征内耗镍锰镓合金及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
按照Ni50Mn29Ga21合金的元素配比，将纯镍、纯锰和纯镓原料混合，于1450℃下进行熔炼，将所得的金属熔液进行浇铸，得到铸锭；
将所述铸锭置于石英管中，抽真空至真空度为10
实施例2
按照Ni50Mn29Ga21合金的元素配比，将纯镍、纯锰和纯镓原料混合，于1450℃下进行熔炼，将所得的金属熔液进行浇铸，得到铸锭；
将所述铸锭置于石英管中，抽真空至真空度为10
实施例3
按照Ni50Mn29Ga21合金的元素配比，将纯镍、纯锰和纯镓原料混合，于1450℃下进行熔炼，将所得的金属熔液进行浇铸，得到铸锭；
将所述铸锭置于石英管中，抽真空至真空度为10
对比例1
按照Ni50Mn29Ga21合金的元素配比，将纯镍、纯锰和纯镓原料混合，于1450℃下进行熔炼，将所得的金属熔液进行浇铸，得到铸锭；
将所述铸锭置于石英管中，抽真空至真空度为10
对比例2
按照Ni50Mn29Ga21合金的元素配比，将纯镍、纯锰和纯镓原料混合，于1450℃下进行熔炼，将所得的金属熔液进行浇铸，得到铸锭；
将所述铸锭置于石英管中，抽真空至真空度为10
利用CASINO软件对实施例1～3的不同能量的电子在镍锰镓合金中的运动轨迹和能量分布进行模拟，模拟图见图1，图1中，第一列为实施例1，第二列为实施例2，第三列为实施例3。由图1可见，电子在合金表面会与晶格原子发生碰撞，电子的运动轨迹会发生改变，晶格原子偏离初始位置，产生空位、间隙原子等点缺陷。
对实施例3和对比例1～2所得镍锰镓合金进行X射线衍射测试，所得XRD图见图2。由图2可见，室温下镍锰镓合金为马氏体相，随着电子辐照剂量的增加，马氏体的主峰逐渐向大角度方向移动，表明电子辐照引入的缺陷使镜面间距减小，随着辐照剂量的增加，引入的缺陷更多。
利用动态机械热分析仪单臂梁模式测量实施例3和对比例1～2电子辐照处理前后镍锰镓合金的阻尼特性，测试方法为：镍锰镓合金样品尺寸为1mm×1mm×25mm，振动频率为1Hz，振动幅度为15μm，测量温度范围为-75～150℃，变温速率为5K/min；测试结果见图3。由图3可见，实施例3所得镍锰镓合金在马氏体状态下的阻尼值由未辐照时的0.055经2×10
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
