一种高塑性、高强度Co-V-Ga-Ni高温形状记忆合金及其制备方法

一种高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金及其制备方法
技术领域
1.本发明属于记忆合金技术领域，具体涉及一种高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金及其制备方法。


背景技术：

2.高温形状记忆合金(high-temperature shape memory alloys：htsma)是指马氏体相变开始温度(ms)高于100℃的形状记忆合金，可用于如航天航空飞机、火灾报警系统、卫生医疗和车辆工程、卫星基板及核电站中的驱动装置等场合，一直是形状记忆合金领域研究的热点。
3.近年来随着复杂的服役环境对材料性能的要求愈发严苛，既要求合金具有高的形状记忆效应以及相变温度，又期望其拥有具有更优异的机械性能、热循环稳定性、抗氧化性、以及强耐腐蚀性与抗高温蠕变性。因此持续探索开发具有优异机械性能、高相变温度与稳定回复性的htsmas有着极其重要的现实价值。
4.co-v-ga系形状记忆合金作为一类新型智能高温形状记忆材料，兼具较宽可调的马氏体相变温度(0-500k)和优异的热稳定性，因其具有优异的耐腐蚀性、弹热性以及物理特性从中脱颖而出，是一种极具潜力的htsma。
5.由于co-v-ga系形状记忆合金本征脆性、强度较低等缘故，极大地限制了该类合金材料在实际工程中的应用及发展。因此如何增强co-v-ga系合金的强度、塑性，降低脆性，从而改善其机械性能，获得高的相变温度与优异力学性能，己成为高温记忆合金应用和发展的主要研究方向。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金及其制备方法，该方法是通过在co-v-ga合金中引入镍，使得制备的co-v-ga-ni合金材料具有优异的耐高温性能，同时显著提高了co-v-ga系合金的抗压强度以及塑性，降低其脆性，改善了其机械性能。
7.本发明是采用以下技术方案实现的：
8.一种高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金的制备方法，包括以下步骤：
9.步骤一：按照co
55v29
ga
16-x
ni
x
合金中原子比称取co、v、ga、ni，其中x为5；
10.步骤二：将称取的原料放入坩埚中，并利用真空非自耗电弧熔炼炉进行真空电弧熔炼，得到合金铸锭；
11.步骤三：将所述合金铸锭切割成圆柱状；
12.步骤四：将切割后的合金铸锭进行表面除杂以及清洗后，得到圆柱试样；
13.步骤五：经所述圆柱试样置于石英管中进行抽真空处理并进行封管，得到封管样品；
14.步骤六：将所述封管样品置于热处理炉中进行均质化处理，其中处理温度为1100℃，处理时间为24小时；最后进行水淬，得到高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金。
15.优选的，步骤二是将称取的ga原料放于坩埚的最上层。
16.优选的，步骤二真空电弧熔炼是先进行抽真空处理，以使得真空度为-0.05mpa，然后引弧后调整熔炼电流为200a，进行熔炼以除去残留的氧气，再调整电流至270a～300a进行反复熔炼处理。
17.更优选的，步骤二所述真空电弧熔炼是在电流270a～300a下进行5～10次熔炼处理，每次熔炼时间为1min，单次熔炼结束后需对合金锭进行翻面处理。
18.优选的，步骤三是将所述合金铸锭切割成直径为3mm且长度为7mm的圆柱。
19.优选的，步骤四是将切割后的合金铸锭经线切割和机械抛光去除表面杂质，清洗后得到的圆柱试样。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21.本发明是在co-v-ga合金中引入镍，从而显著有效提高了co-v-ga系合金的抗压强度和塑性，同时使其具有优异的耐高温性能。本发明通过引入镍，进一步降低了co-v-ga系合金中ga的用量，从而降低了合金的加工成本，具有较高的经济价值。
附图说明
22.图1为本发明实施例1以及对比例1制备的记忆合金的xrd衍射图；
23.图2为本发明实施例1以及对比例1制备的记忆合金的差示扫描量热图dsc；
24.图3为对比例1制备的记忆合金的显微组织图；
25.图4为实施例1制备的记忆合金的显微组织图；
26.图5为本发明实施例1以及对比例1制备的记忆合金的压缩应力应变曲线图。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
28.实施例1
29.一种高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金的制备方法，步骤如下：
30.步骤一：按照co
55v29
ga
11
ni5合金中原子比称取co、v、ga、ni；
31.步骤二：将称取的原料放入坩埚中，并利用真空非自耗电弧熔炼炉进行真空电弧熔炼，得到合金铸锭；其中将称取的ga原料放于坩埚的最上层；其中真空电弧熔炼是先进行抽真空处理，以使得真空度为-0.05mpa，然后引弧后调整熔炼电流为200a，进行熔炼以除去残留的氧气，再调整电流至280a进行反复熔炼6次，每次熔炼时间为1min，单次熔炼结束后需对合金锭进行翻面处理；
32.步骤三：将所述合金铸锭切割成直径为3mm且长度为7mm的圆柱；
33.步骤四：将切割后的合金铸锭经线切割和机械抛光去除表面杂质，清洗后得到的圆柱试样；
34.步骤五：将所述圆柱试样置于石英管中进行抽真空处理(真空度为10-1
pa)并进行
封管，得到封管样品；
35.步骤六：将所述封管样品置于热处理炉中进行均质化处理，其中处理温度为1100℃，处理时间为24小时；最后进行水淬，得到高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金，即co
55v29
ga
11
ni5合金。
36.对比例1
37.一种co-v-ga系记忆合金的制备方法，步骤如下：
38.步骤一：按照co
55v29
ga
16
合金中原子比称取co、v、ga；
39.步骤二～步骤六参照实施例1进行，得到一种co
55v29
ga
16
合金。
40.从图1中可以看出，本发明实施例1制备的记忆合金相较于对比例1，在室温下除了存在马氏体相外，还存在γ相。
41.从图2中可以看出，本发明实施例1制备的记忆合金的马氏体相变转变初始温度ms得到增强，使用温度从233℃上升到274℃，其应用高温场合的范围得到扩宽，是一种优异的的高温形状记忆合金候选材料。
42.从图3-图4中可以看出，本发明实施例1制备的记忆合金主要组织由板条马氏体和γ相组成，对比例1制备的记忆合金主要组织由大片的板条马氏体组织构成。
43.从图5中可以看出，本发明制备的记忆合金具有30.7％的压缩应变和2490mpa的抗压强度。相比于对比例1而言，本发明实施例1的记忆合金具有更好的强度与塑性。
44.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：按照co
55v29
ga
16-x
ni
x
合金中原子比称取co、v、ga、ni，其中x为5；步骤二：将称取的原料放入坩埚中，并利用真空非自耗电弧熔炼炉进行真空电弧熔炼，得到合金铸锭；步骤三：将所述合金铸锭切割成圆柱状；步骤四：将切割后的合金铸锭进行表面除杂以及清洗后，得到圆柱试样；步骤五：经所述圆柱试样置于石英管中进行抽真空处理并进行封管，得到封管样品；步骤六：将所述封管样品置于热处理炉中进行均质化处理，其中处理温度为1100℃，处理时间为24小时；最后进行水淬，得到高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金。2.根据权利要求1所述高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金的制备方法，其特征在于，步骤二是将称取的ga原料放于坩埚的最上层。3.根据权利要求1所述高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金的制备方法，其特征在于，步骤二真空电弧熔炼是先进行抽真空处理，以使得真空度为-0.05mpa，然后引弧后调整熔炼电流为200a，进行熔炼以除去残留的氧气，再调整电流至270a～300a进行反复熔炼处理。4.根据权利要求3所述高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金的制备方法，其特征在于，步骤二所述真空电弧熔炼是在电流270a～300a下进行5～10次熔炼处理，每次熔炼时间为1min，单次熔炼结束后需对合金锭进行翻面处理。5.根据权利要求1所述高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金的制备方法，其特征在于，步骤三是将所述合金铸锭切割成直径为3mm且长度为7mm的圆柱。6.根据权利要求1所述高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金的制备方法，其特征在于，步骤四是将切割后的合金铸锭经线切割和机械抛光去除表面杂质，清洗后得到的圆柱试样。7.一种高塑性、高强度co-v-ga-ni高温形状记忆合金，其特征在于，利用权利要求1～6任意一项方法制备而成。

技术总结
本发明公开了一种高塑性、高强度Co-V-Ga-Ni高温形状记忆合金及其制备方法，涉及记忆合金技术领域。本发明通过在Co-V-Ga合金中引入镍，使得制备的Co-V-Ga-Ni合金材料具有优异的耐高温性能，同时显著提高了Co-V-Ga系合金的抗压强度以及塑性，降低其脆性，改善了其机械性能。本发明通过引入镍，进一步降低了Co-V-Ga系合金中Ga的用量，从而降低了合金的加工成本，具有较高的经济价值。具有较高的经济价值。具有较高的经济价值。


技术研发人员：侯龙 李喜 周婷 陆世伟 慈吉洲 李翔宇 杨思远 余兴 王建涛 龙智鹏 张伟伟
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/13