一种制造技术

本发明专利技术提供了一种

【技术实现步骤摘要】
一种Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni单晶超弹合金微丝及其制备方法


[0001]本专利技术涉及形状记忆合金
，尤其涉及一种
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
单晶超弹合金微丝及其制备方法
。

技术介绍

[0002]Cu
‑
Mn
‑
Ga
合金在温度场
、
应力场
、
磁场等作用下可快速产生功能响应，是一种在驱动
、
控制
、
传感等领域具有广阔应用前景的新型形状记忆合金材料
。
随着科技进步和生活水平提高，微智能驱动
、
控制单元具有小型化
、
智能化优势，已广泛应用于消费电子
、
医疗健康
、
智能制造等领域
。Cu
‑
Mn
‑
Ga
等形状记忆合金超弹丝材作为驱动
、
控制器无冗余的附属机械装置，具有质量轻
、
结构简单
、
响应灵敏
、
无噪音等优点，在微智能驱动
、
控制系统领域具有广泛的应用需求
。
[0003]然而，
Cu
‑
Mn
‑
Ga
合金为硬而脆的金属间化合物，难以通过传统的热机械加工技术制备纤细的微丝，即使通过特殊手段
(
如熔体甩丝法
)
制备出微丝，由于多晶的脆性大，丝材也不会具有优异的力学性能
。
众所周知，单晶合金无晶界且存在强的各向异性，在外场下能充分发挥合金的力学潜能
。
单晶形状记忆合金具有超弹应变大
、
屈服强度高
、
疲劳性能好等优点
。
然而传统的单晶制备技术具有生长周期长
、
设备成本高昂
、
技术门槛高等缺点；即使制备出块体单晶也难以进一步得到单晶微丝
。
[0004]此外，即使是在
Cu
‑
Mn
‑
Ga
单晶合金中也易析出复杂第二相，且难以通过热处理等手段消除，
Ni
元素的添加可显著扩大
Cu
‑
Mn
‑
Ga
合金体系的
β
相区，有利于获得单一奥氏体相结构，发挥合金最佳功能特性
。
[0005]因此，有必要研究一种
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
单晶超弹合金微丝及其制备方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
单晶超弹合金微丝及其制备方法，所制备单晶丝材的结构为单相奥氏体，在应力诱导下可产生约
7.0
％完全可逆的超弹性，在微型驱动和控制元件具有广阔的应用前景，另外，该单晶丝材的制备方法相比于传统的单晶制备技术具有生成成本低廉
、
操作简单
、
效率高等优势，适合大规模产业化生产
。
[0007]一方面，本专利技术提供一种
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
单晶超弹合金微丝的制备方法，所述制备方法包括：
[0008]步骤1：将特定组分比例的合金原料熔炼得到
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
合金铸锭，将合金铸锭破碎获得
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
合金颗粒；
[0009]步骤2：将合金颗粒与玻璃净化剂按照玻璃净化剂
‑
合金颗粒
‑
玻璃净化剂的顺序由坩埚底部逐层铺设；
[0010]步骤3：在高纯惰性气体的保护下，将合金颗粒与玻璃净化剂加热至熔化，获得合金液，保持合金液处于过热态一段时间，之后合金液以一定速度冷却；
[0011]步骤4：待合金液冷却至熔点以下发生凝固时的再辉现象后，再次加热合金至过热态并保温一段时间，之后缓冷至室温；
[0012]步骤5：取出样品，去除上方净化剂后进行破碎，之后重复3～4次步骤2‑
步骤4，获得深过冷处理后的样品；
[0013]步骤6：将获得的深过冷处理后的样品在真空电弧熔炼炉中熔化，随后吸铸成直径3～
6mm
合金圆棒；
[0014]步骤7：将步骤6获得的合金圆棒进行均匀化退火；
[0015]步骤8：将步骤7所得合金圆棒切割成高度为3～
5mm
合金圆棒，放入玻璃管底部，并在顶层覆盖玻璃净化剂，启动感应加热电源，待合金圆棒与玻璃净化剂熔化后从玻璃管底部引出熔融玻璃包覆着合金熔体的复合微丝；
[0016]步骤9：牵引包覆复合微丝以一定速度快速通过冷却液，获得直径微米级别的
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
单晶超弹合金微丝
。
[0017]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤1中，
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
合金的成分公式为：
Cu
a
Mn
b
Ga
c
Ni
d
，其中
a+b+c+d
＝
100(at.
％
)
，且
60≤a≤65
，
9≤b≤12
，
22≤c≤28
，
1≤d≤5。
[0018]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤1中合金颗粒直径大于
100
μ
m。
[0019]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤2中的玻璃净化剂组分包括
Na2B4O7和
NaSiCa
，其中
Na2B4O7和
NaSiCa
的质量比范围为
2.3:1
～
3:1
，使用的总质量为待净化合金质量的
10
％～
20
％
。
[0020]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤3中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
单晶超弹合金微丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将特定组分比例的合金原料熔炼得到
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
合金铸锭，将合金铸锭破碎获得
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
合金颗粒；步骤2：将合金颗粒与玻璃净化剂按照玻璃净化剂
‑
合金颗粒
‑
玻璃净化剂的顺序由坩埚底部逐层铺设；步骤3：在高纯惰性气体的保护下，将合金颗粒与玻璃净化剂加热至熔化，获得合金液，保持合金液处于过热态一段时间，之后合金液以一定速度冷却；步骤4：待合金液冷却至熔点以下发生凝固时的再辉现象后，再次加热合金至过热态并保温一段时间，之后缓冷至室温；步骤5：取出样品，去除上方净化剂后进行破碎，之后重复3～4次步骤2‑
步骤4，获得深过冷处理后的样品；步骤6：将获得的深过冷处理后的样品在真空电弧熔炼炉中熔化，随后吸铸成直径3～
6mm
合金圆棒；步骤7：将步骤6获得的合金圆棒进行均匀化退火；步骤8：将步骤7所得合金圆棒切割成高度为3～
5mm
合金圆棒，放入玻璃管底部，并在顶层覆盖玻璃净化剂，启动感应加热电源，待合金圆棒与玻璃净化剂熔化后从玻璃管底部引出熔融玻璃包覆着合金熔体的复合微丝；步骤9：牵引复合微丝以一定速度快速通过冷却液，获得直径微米级别的
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
单晶超弹合金微丝
。2.
根据权利要求1所述的
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
单晶超弹合金微丝制备方法，其特征在于，所述步骤1中，
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
合金的成分公式为：
Cu
a
Mn
b
Ga
c
Ni
d
，其中
a+b+c+d
＝
100(at.
％
)
，且
60≤a≤65
，
9≤b≤12
，
22≤c≤28
，
1≤d≤5。3.
根据权利要求1所述的
Cu
‑
Mn
‑
Ga
‑
Ni
单晶超弹合金微丝制备方法，其特征在于，所述步骤1中合金颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海洋，杨经昊，王沿东，孙海龙，从道永，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：