一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法
2023-12-03 17:08:21 3
專利名稱：一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鎳錳鎵泡沫合金的製備方法。
背景技術：
鎳錳鎵合金可以用於傳感和驅動元件。其響應頻率達到幾千赫茲，遠高於目前熱驅動形狀記憶合金；在應力和磁場作用下，鎳錳鎵單晶合金能產生高達10%的應變，應變遠大於目前的磁伸縮合金(如Terfenol-D)，這使得這種合金在超聲、傳感器、驅動裝置等領域具有廣闊的應用前景。然而，鎳錳鎵多晶合金在磁場下產生的應變遠遠小於單晶合金。在在多晶鎳錳鎵 合金中引入孔隙，得到多孔結構的鎳錳鎵合金，可以大幅度提高在磁場作用下的應變性能。2009年發表在「自然一材料」中的一篇論文，採用壓力鑄造方法製備鎳錳鎵泡沫合金，得到了高達8. 7%的磁感生應變。這篇論文中採用的壓力鑄造方法，需要將造孔劑製成坯體，然後鎳錳鎵合金熔化後在壓力作用下浸滲到造孔劑坯體的孔隙中，凝固後得到合金與造孔劑的複合體，選用酸處理將複合體中的造孔劑去除就得到鎳錳鎵泡沫合金。這種方法的缺陷是1)造孔劑坯體中孔隙的含量範圍小，一般在50飛0%之間，難以在大幅度範圍內控制孔隙含量，因此泡沫材料孔隙率控制困難；2)液態合金的浸滲受到溫度、壓力和造孔劑含量等因素影響，實現完全浸滲要求，浸滲前合金和造孔劑坯體處於真空狀態、溫度高於合金熔點，且在液態合金上施加的壓力要大於造孔劑坯體的臨界浸滲壓。綜上所述現有鎳錳鎵泡沫合金的製備方法存在造孔劑坯體中孔隙的含量範圍小，且需要高溫、真空及加壓條件的問題。
發明內容
本發明的目的是要解決現有鎳錳鎵泡沫合金的製備方法存在造孔劑坯體中孔隙的含量範圍小，且需要高溫、真空及加壓條件的問題，而提供一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法。一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法，具體是按以下步驟完成一、製備鎳錳鎵顆粒首先按鎳的質量分數為509T50. 5%、錳的質量分數為26. 59^27. 5%和鎵的質量分數為22. 59T23. 0%準備材料，然後採用電弧熔煉法製成鎳錳鎵合金鑄錠，再在壓力為IOOMPa 150MPa下對鎳錳鎵合金鑄錠進行機械破碎，然後放入研缽中研磨0. 5tTlh，再放入35目金屬篩上振動20mirT40min，沒有通過篩孔的金屬顆粒回收繼續研磨，過35目金屬篩的顆粒放入45目金屬篩振動20mirT40min，即得到粒徑為355 y nT500 y m的鎳錳鎵顆粒；二、製備偏鋁酸鈉顆粒首先在溫度為10(TC 150°C下將偏鋁酸鈉粉末烘乾至恆重，然後轉移至模具中，然後以20MPa/mirT30MPa/min的升壓速率下將壓力從常壓升壓至120MPa 130MPa，並在壓力為120MPa 130MPa下冷壓4mirT6min，取出後得到片狀偏鋁酸鈉，然後在1400°C 1600°C下將片狀偏鋁酸鈉燒結3tT5h，再隨爐冷卻至室溫，得到燒結後片狀偏鋁酸鈉，將燒結後片狀偏鋁酸鈉研磨，然後依次60目金屬篩和80目金屬篩，在80目金屬篩上得到粒徑為180 !!!^250 的偏鋁酸鈉顆粒；三、混粉首先將丙酮加入散粉容器中，再將粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒和粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒加入散粉容器中，攪拌混勻即得到均勻混合顆粒漿料，然後在溫度為60°C 80°C下乾燥至恆重，即得到混合粉體，將混合粉體轉移至模具中，然後在壓力為20MPa 30MPa下冷壓2mirT5min，即得到片狀混合固體；四、燒結在室溫下將片狀混合固體轉移至真空-熱壓燒結爐中，然後抽真空至真空度為0. 05Pa^0. 15Pa，再以升溫速率為10°C /min^20°C /min從室溫升溫至950°C 1050°C，然後以升壓速率為3MPa/mirT7MPa/min機械升壓至25MPa 35MPa，並在真空度為0. 05Pa 0. 15Pa、壓力為25MPa 35MPa下保壓lh 2h，然後在壓力為25MPa 35MPa下以降溫速率為150°C /h^200°C /h冷卻至室溫，撤去壓力後即得到含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金；五、去除偏鋁酸鈉①硫酸溶解首先採用質量分數為309^40%的硫酸水溶液對含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金進行溶解兩次，每次溶解後在超聲輔助下採用蒸餾水清洗一次，得到硫酸溶解後泡沫合金；@HC1、硫酸溶解依次採用質量分數為8% 12%的HCl水溶液和質量分數為309^40%的硫酸水溶液在超聲輔助下繼續溶解，得到第一次HC1、硫酸溶解後泡沫合金；③重複步驟五②操作一次，得到第二次HC1、硫酸溶解後泡沫合金；④清洗將步驟五③中得到的第二次HC1、硫酸溶解後泡沫合金在超聲輔助下採用蒸餾水 清洗一次；⑤乾燥在溫度為110°C 130°C下將步驟五④得到的超聲清洗後泡沫合金烘乾50mirT70min，即得到準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金；步驟三中所述的粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒與粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒的體積比I: (0. 5^2. 0);步驟三中所述的粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒與丙酮的體積比為I: (2. 5^3. 5)。本發明優點一、本發明製備準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的孔隙率可通過改變造孔劑(造孔劑為粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒)的加入量進行調整，孔隙率最大可達65%，最小可達35%;二、本發明需要的真空度比「壓力鑄造法」低一個數量級，溫度比「壓力鑄造法」低200°C左右，壓力採用機械加壓而不是「壓力鑄造法」的氣體加壓，因此對真空、溫度和壓力的要求比「壓力鑄造方法」都要低，製備工藝簡單，降低製備成本，且得到了準連續孔隙的鎳錳鎵泡沫合金。
圖I是試驗一步驟一製備得到的粒徑為355 u nT500 U m的鎳錳鎵顆粒25倍的電鏡掃描圖；圖2是圖I中2局部放大200倍的電鏡掃描圖；圖3是圖I中3局部放大200倍的電鏡掃描圖；圖4是試驗一步驟二製備得到的粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒25倍的電鏡掃描圖；圖5是圖4中方框區域2局部放大90倍的電鏡掃描圖；圖6是待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金顆粒26倍的金相圖；圖7是圖6白色區域圖局部放大23倍的金相圖；圖8是待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金顆粒8倍的掃描掃描圖；圖9是待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金顆粒32倍的掃描掃描圖，圖9中A指示區域為待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金顆的準連續孔隙結構，圖9中B指示區域為待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金顆的燒結緻密後形態；圖10是待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金顆粒88倍的掃描電鏡照片，圖10中的A表示鎳錳鎵顆粒表面小片孔隙，圖10中的B表示鎳錳鎵顆粒表面大片孔隙，圖10中的C表示原偏鋁酸鈉顆粒存在部位尺寸較大的的孔隙；圖11是待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金顆粒55倍的掃描電鏡照片，圖11中的A表示尺寸不一的孔隙，圖11中的B表示穿晶斷裂區，圖11中的C表示沿晶斷裂區，圖11中的D表示穿晶斷裂區；圖12是試驗一步驟一中採用電弧熔煉法製成鎳錳鎵合金鑄錠的XRD圖譜；圖13是試驗一得到的準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的XRD圖譜。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式是一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法，具體是按以下步驟完成一、製備鎳錳鎵顆粒首先按鎳的質量分數為509T50. 5%、錳的質量分數為26. 59T27. 5%和鎵的質量分數為22. 59^23. 0%準備材料，然後採用電弧熔煉法製成鎳錳鎵合金鑄錠，再在壓力為IOOMPa 150MPa下對鎳錳鎵合金鑄錠進行機械破碎，然後放入研缽中研磨0. 5h lh，再放入35目金屬篩上振動20mirT40min，沒有通過篩孔的金屬顆粒回收繼續研磨，過35目金屬篩的顆粒放入45目金屬篩振動20mirT40min，即得到粒徑為355iinT500iim的鎳錳鎵顆粒；二、製備偏鋁酸鈉顆粒首先在溫度為100°C 150°C下將偏鋁酸鈉粉末烘乾至恆重，然後轉移至模具中，然後以20MPa/mirT30MPa/min的升壓速 率下將壓力從常壓升壓至120MPa 130MPa，並在壓力為120MPa 130MPa下冷壓4mirT6min，取出後得到片狀偏鋁酸鈉，然後在1400°C 1600°C下將片狀偏鋁酸鈉燒結3tT5h，再隨爐冷卻至室溫，得到燒結後片狀偏鋁酸鈉，將燒結後片狀偏鋁酸鈉研磨，然後依次60目金屬篩和80目金屬篩，在80目金屬篩上得到粒徑為180 !!!^250 的偏鋁酸鈉顆粒；三、混粉首先將丙酮加入散粉容器中，再將粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒和粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒加入散粉容器中，攪拌混勻即得到均勻混合顆粒漿料，然後在溫度為60°C 80°C下乾燥至恆重，即得到混合粉體，將混合粉體轉移至模具中，然後在壓力為20MPa 30MPa下冷壓2mirT5min，即得到片狀混合固體；四、燒結在室溫下將片狀混合固體轉移至真空-熱壓燒結爐中，然後抽真空至真空度為0. 05Pa^0. 15Pa，再以升溫速率為10°C /min"20°C /min從室溫升溫至950°C 1050°C，然後以升壓速率為3MPa/mirT7MPa/min機械升壓至25MPa 35MPa，並在真空度為0. 05Pa 0. 15Pa、壓力為25MPa 35MPa下保壓lh 2h，然後在壓力為25MPa 35MPa下以降溫速率為150°C /h^200°C /h冷卻至室溫，撤去壓力後即得到含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金；五、去除偏鋁酸鈉①硫酸溶解首先採用質量分數為309^40%的硫酸水溶液對含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金進行溶解兩次，每次溶解後在超聲輔助下採用蒸餾水清洗一次，得到硫酸溶解後泡沫合金HC1、硫酸溶解依次採用質量分數為8% 12%的HCl水溶液和質量分數為309^40%的硫酸水溶液在超聲輔助下繼續溶解，得到第一次HC1、硫酸溶解後泡沫合金；③重複步驟五②操作一次，得到第二次HCl、硫酸溶解後泡沫合金；④清洗將步驟五③中得到的第二次HC1、硫酸溶解後泡沫合金在超聲輔助下採用蒸餾水清洗一次；⑤乾燥在溫度為110°C 130°C下將步驟五④得到的超聲清洗後泡沫合金烘乾50mirT70min，即得到準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金；步驟三中所述的粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒與粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒的體積比I: (0. 5^2. 0);步驟三中所述的粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒與丙酮的體積比為I: (2. 5 3. 5)。本實施方式製備的準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金是指製備得到的鎳錳鎵泡沫合金中部分孔隙相互隔絕、不連通，其餘孔隙相互連通的一種孔隙狀態；本實施方式製備的準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金採用酸處理溶解不連通的孔隙壁後，可以使得全部孔隙相互連通。
本實施方式製備的準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金是指製備得到的鎳錳鎵泡沫合金中部分孔隙相互隔絕、不連通，其餘孔隙相互連通的一種孔隙狀態；本實施方式製備的準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金採用酸處理溶解不連通的孔隙壁後，可以使得全部孔隙相互連通。本實施方式製備準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的孔隙率可通過改變造孔劑(造孔劑為粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒)的加入量進行調整，孔隙率最大可達65%，最小可達35%。本實施方式需要的真空度比「壓力鑄造法」低一個數量級，溫度比「壓力鑄造法」低200°C左右，壓力採用機械加壓而不是「壓力鑄造法」的氣體加壓，因此對真空、溫度和壓力的要求比「壓力鑄造方法」都要低，製備工藝簡單，降低製備成本，且得到了準連續孔隙的鎳猛鎵泡沫合金。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟一中首先按鎳的質量分數為50. 3%、錳的質量分數為26. 9%和鎵的質量分數為22. 8%準備材料，然後採用電弧熔煉法製成鎳錳鎵合金鑄錠，再在壓力為110MPa 140MPa下對鎳錳鎵合金鑄錠進行·機械破碎，然後放入研缽中研磨40min 50min,再放入35目金屬篩上振動25min 35min,沒有通過篩孔的金屬顆粒回收繼續研磨，過35目金屬篩的顆粒放入45目金屬篩振動25mirT35min，即得到粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒。其他與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同點是步驟二中首先在溫度為110°C 140°c下將偏鋁酸鈉粉末烘乾至恆重，然後轉移至模具中，然後以22MPa/mirT28MPa/min的升壓速率下將壓力從常壓升壓至122MPa 128MPa，並在壓力為122MPa 128MPa下冷壓4. 5mirT5. 5min，取出後得到片狀偏鋁酸鈉，然後在1450°C 1550°C下將片狀偏鋁酸鈉燒結3. 5h^4. 5h，再隨爐冷卻至室溫，得到燒結後片狀偏鋁酸鈉，將燒結後片狀偏鋁酸鈉研磨，然後依次60目金屬篩和80目金屬篩，在80目金屬篩上得到粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒。其他與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同點是步驟三中在溫度為65°C 75°C下將均勻混合顆粒漿料乾燥至恆重，即得到混合粉體，將混合粉體轉移至模具中，然後在壓力為22MPa 28MPa下冷壓3mirT4min，即得到片狀混合固體。其他與具體實施方式
一至三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同點是步驟四中在室溫下將片狀混合固體轉移至真空-熱壓燒結爐中，然後抽真空至真空度為
0.08Pa 0. 12Pa，再以升溫速率為 13 °C /mirTl7 °C /min 從室溫升溫至 980°C "1020 °C,然後以升壓速率為4MPa/mirT6MPa/min機械升壓至27MPa 33MPa，並在真空度為
0.08Pa 0. 12Pa、壓力為27MPa 33MPa下保壓I. 2h l. 8h，然後在壓力為27MPa 33MPa下以降溫速率為160°C /tTl90°C /h冷卻至室溫，撤去壓力後即得到含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金。其他與具體實施方式
一至四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同點是步驟五①中所述的硫酸溶解具體操作如下首先將含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金完全浸入質量分數為30% 40%的硫酸水溶液中，並在室溫下浸泡溶解4mirT6min，取出經過第一次溶解的含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金放入裝有蒸餾水的容器中，再整體轉移至超聲波清洗機上，在頻率為80Hz 120Hz下間接震蕩清洗4mirT6min，取出經過第一次震蕩清洗的含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金再次完全浸入質量分數為309T40%硫酸水溶液中浸泡溶解8mirTl2min，取出經過第二次溶解的含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金放入裝有蒸餾水的容器中，再整體轉移至超聲波清洗機上，在頻率為80Hz 120Hz下間接震蕩清洗4mirT6min，得到硫酸溶解後泡沫合金。其他與具體實施方式
一至五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同點是步驟五②中所述的HC1、硫酸溶解具體操作如下將步驟五①得到的硫酸溶解後泡沫合金完全浸入質量分數為8% 12%的HCl水溶液中，並在頻率為80Hd20Hz超聲輔助間接震蕩浸泡溶解4mirT6min，取出經過超聲HCl溶解的泡沫合金完 全浸入質量分數為30% 40%硫酸水溶液中，並在頻率為80Hz 120Hz超聲輔助間接震蕩浸泡溶解4mirT6min，即得到第一次HC1、硫酸溶解後泡沫合金。其他與具體實施方式
一至六相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同點是步驟五③中所述的重複步驟五②操作一次具體操作如下將步驟五②得到的第一次HC1、硫酸溶解後泡沫合金完全浸入質量分數為8% 12%的HCl水溶液中，並在頻率為80Hz 120Hz超聲輔助間接震蕩浸泡溶解4mirT6min，取出經過超聲HCl溶解的泡沫合金完全浸入質量分數為30% 40%硫酸水溶液中，並在頻率為80Hz 120Hz超聲輔助間接震蕩浸泡溶解4mirT6min，即得到第二次HC1、硫酸溶解後泡沫合金。其他與具體實施方式
一至七相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至八之一不同點是步驟五④在頻率為80Hz 120Hz進行間接震蕩超聲清洗，超聲清洗時間為4mirT6min。其他與具體實施方式
一至八相同。採用下述試驗驗證本發明效果試驗一一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法，具體是按以下步驟完成一、製備鎳錳鎵顆粒首先按鎳的質量分數為50. 3%、錳的質量分數為26. 9%和鎵的質量分數為22. 8%準備材料，然後採用電弧熔煉法製成鎳錳鎵合金鑄錠，再在壓力為125MPa下對鎳錳鎵合金鑄錠進行機械破碎，然後放入研缽中研磨45min，再放入35目金屬篩上振動30min，沒有通過篩孔的金屬顆粒回收繼續研磨，過35目金屬篩的顆粒放入45目金屬篩振動30min，即得到粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒；二、製備偏鋁酸鈉顆粒首先在溫度為125°C下將偏鋁酸鈉粉末烘乾至恆重，然後轉移至模具中，然後以25MPa/min的升壓速率下將壓力從常壓升壓至125MPa，並在壓力為125MPa下冷壓5min，取出後得到片狀偏鋁酸鈉，然後在1500°C下將片狀偏鋁酸鈉燒結4h，再隨爐冷卻至室溫，得到燒結後片狀偏鋁酸鈉，將燒結後片狀偏招酸鈉研磨，然後依次60目金屬篩和80目金屬篩,在80目金屬篩上得到粒徑為180 !!!^250 的偏鋁酸鈉顆粒；三、混粉首先將丙酮加入散粉容器中，再將粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒和粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒加入散粉容器中，攪拌混勻即得到均勻混合顆粒漿料，然後在溫度為70°C下乾燥至恆重，即得到混合粉體，將混合粉體轉移至模具中，然後在壓力為25MPa下冷壓4min，即得到片狀混合固體；四、燒結在室溫下將片狀混合固體轉移至真空-熱壓燒結爐中，然後抽真空至真空度為
0.IPa，再以升溫速率為15°C /min從室溫升溫至1000°C，然後以升壓速率為5MPa/min機械升壓至30MPa，並在真空度為0. IPa、壓力為30MPa下保壓I. 5h，然後在壓力為30MPa下以降溫速率為175°C /h冷卻至室溫，撤去壓力後即得到含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金；
①硫酸溶解首先採用質量分數為34%的硫酸水溶液對含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金進行溶解兩次，每次溶解後在超聲輔助下採用蒸餾水清洗一次，得到硫酸溶解後泡沫合金；
②HCl、硫酸溶解依次採用質量分數為10%的HCl水溶液和質量分數為34%的硫酸水溶液在超聲輔助下繼續溶解，得到第一次HC1、硫酸溶解後泡沫合金重複步驟五②操作一次，得到第二次HC1、硫酸溶解後泡沫合金；④清洗將步驟五③中得到的第二次HC1、硫酸溶解後泡沫合金在超聲輔助下採用蒸餾水清洗一次；⑤乾燥在溫度為120°C下將步驟五④得到的超聲清洗後泡沫合金烘乾60min，即得到準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金。本試驗步驟二採用模具和步驟三中採用模具規格相同，直徑為15mm。本試驗步驟三中所述的粒徑為355 u nT500 U m的鎳錳鎵顆粒與粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒的體積比I: I ;步驟三中所述的粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒與丙酮的體積比為1:3。本試驗步驟五①中所述的硫酸溶解具體操作如下首先將含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金完全浸入質量分數為34%的硫酸水溶液中，並在室溫下浸泡溶解5min，取出 經過第一次溶解的含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金放入裝有蒸餾水的容器中，再整體轉移至超聲波清洗機上，在頻率為IOOHz下間接震蕩清洗5min，取出經過第一次震蕩清洗的含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金再次完全浸入質量分數為34%硫酸水溶液中浸泡溶解lOmin，取出經過第二次溶解的含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金放入裝有蒸餾水的容器中，再整體轉移至超聲波清洗機上，在頻率為IOOHz下間接震蕩清洗5min，得到硫酸溶解後泡沫合金。本試驗步驟五②中所述的HC1、硫酸溶解具體操作如下將步驟五①得到的硫酸溶解後泡沫合金完全浸入質量分數為10%的HCl水溶液中，並在頻率為IOOHz超聲輔助間接震蕩浸泡溶解5min，取出經過超聲HCl溶解的泡沫合金完全浸入質量分數為34%硫酸水溶液中，並在頻率為IOOHz超聲輔助間接震蕩浸泡溶解5min，即得到第一次HC1、硫酸溶解後泡沫合金。本試驗步驟五③中所述的重複步驟五②操作一次具體操作如下將步驟五②得到的第一次HCl、硫酸溶解後泡沫合金完全浸入質量分數為10%的HCl水溶液中，並在頻率為IOOHz超聲輔助間接震蕩浸泡溶解5min，取出經過超聲HCl溶解的泡沫合金完全浸入質量分數為34%硫酸水溶液中，並在頻率為IOOHz超聲輔助間接震蕩浸泡溶解5min，即得到第二次HCl、硫酸溶解後泡沫合金。本試驗步驟五④在頻率為IOOHz進行間接震蕩超聲清洗，超聲清洗時間為5min。採用掃描電鏡觀察本試驗步驟一製備得到的粒徑為355 u nT500 U m的鎳錳鎵顆粒，如圖f圖3所示，圖I是本試驗步驟一製備得到的粒徑為355 UnTsoo 的鎳錳鎵顆粒25倍的電鏡掃描圖，可以看出粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒具有明顯稜角，這與機械破碎的結果對應；粒徑為355 !!!^500 的鎳錳鎵顆粒形狀呈拉長狀態，是由於粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒機械粉碎後，通過機械篩選獲得給定的粒度；圖2是圖I中2局部放大200倍的電鏡掃描圖，通過圖2可知明顯看出粒徑為355 u nT500 y m的鎳錳鎵顆粒表面有明顯的胞晶穿晶斷裂和沿晶斷裂，在晶界之間還存在由機械破碎過程產生的裂紋；圖3是圖I中3局部放大200倍的電鏡掃描圖，通過圖3可知明顯看出粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒表面粗糙，與粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒在機械破碎過程中穿晶斷裂相對應。
採用掃描電鏡觀察本試驗步驟二製備得到的粒徑為180 U nT250 U m的偏鋁酸鈉顆粒，如圖4和圖5所示，圖4是本試驗步驟二製備得到的粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒25倍的電鏡掃描圖。通過圖4可知粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒粒徑確實為180 ii nT250 ii m，呈橢球形；圖5是圖4中方框區域2局部放大90倍的電鏡掃描圖，通過圖5可知粒徑為180 u nT250 u m的偏招酸鈉顆粒表面比較疏鬆,能看到原始細小顆粒的形態。在本試驗製備的準連續孔隙鎳猛鎵泡沫合金上截取長為6mm、寬為6mm、高為3mm的樣品，保證斷面平整，用樹脂填充樣品中的孔隙，等待4小時後樹脂固化，先用砂紙打磨，再用拋光機磨平表面拋光，即得到待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金；採用金相顯微鏡觀察待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金表面，如圖6和圖7所示，圖6是待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金顆粒26倍的金相圖，圖6中白色區域為鎳錳鎵合金，黑色區域為孔隙，通過圖6可以看出鎳錳鎵泡沫孔稜和結點由不規則合金連接而成，這些合金由原鎳錳鎵顆粒構成；相互連接的鎳錳鎵顆粒燒結良好，泡沫中的孔隙不規則，分布 比較均勻，由黑色區域佔總面積的比值，可以計算出孔隙的含量大約為50%，與阿基米德測量值接近；孔隙之間相互連通，但部分孔隙基本由周圍的合金包裹，形成準連續孔結構；圖7是圖6白色區域圖局部放大23倍的金相圖，通過圖7可知本試驗製備的準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金存在大量孿晶馬氏體組織。採用掃描電鏡觀察待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金截面，如圖8 圖9所示，圖8是待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金8倍的掃描掃描圖(待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的三維形貌全貌)，通過圖8可看到熱壓燒結後泡沫材料孔隙宏觀上分布均勻；圖9是待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金32倍的掃描電鏡圖，圖9中A指示區域為待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的準連續孔隙結構；圖9中B指示區域為待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的燒結緻密後形態，說明本試驗熱壓燒結工藝可得到孔稜與結點緻密的材料。採用掃描電鏡觀察待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金顆粒表面孔隙結構，觀察結果如圖10和圖11所示，圖10中是待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金88倍的掃描電鏡照片，圖10中的A表示鎳錳鎵顆粒表面小片孔隙，圖10中的B表示鎳錳鎵顆粒表面大片孔隙，圖10中的C表示原偏鋁酸鈉顆粒存在部位尺寸較大的的孔隙，通過圖10中可以看出，圖10中包含三個鎳錳鎵顆粒，尺寸與原始鎳錳鎵了大小相當，呈橢球形，顆粒表面不再呈沿晶或穿晶斷裂形貌，而是呈不規則小孔狀；這些孔狀結構是由於鎳錳鎵顆粒與偏鋁酸鈉顆粒在熱壓燒結過程中，壓力作用下偏鋁酸鈉顆粒嵌入鎳錳鎵顆粒表面而形成的，依據嵌入的深度，呈現小片(如圖10中的A所示)、大片(如圖10中的B所示)或尺寸較大(如圖10中的C所示)孔隙，圖10中呈現的孔隙形態不規則，在鎳錳鎵顆粒之間呈準連續狀態；圖11中是待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金顆粒55倍的掃描電鏡照片，圖11中的A表示尺寸不一的孔隙，圖11中的B表示穿晶斷裂區，圖11中的C表示沿晶斷裂區，圖11中的D表示穿晶斷裂區，圖11中是待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金顆粒內部的孔隙形態，其中的偏鋁酸鈉都被酸溶解去除，鎳錳鎵顆粒之間燒結緊密，形成冶金結合；通過圖11可以看出待檢測準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金顆粒內部的孔隙為鎳錳鎵顆粒燒結後三叉區域構成，孔隙尺寸在大約為250 ym，稍大於偏鋁酸鈉顆粒尺寸；孔隙在三個鎳錳鎵顆粒的三叉區域較大，而在三叉區域之間較小，呈準連續形態。
採用差示掃描量熱儀測量檢測本試驗步驟一中採用電弧熔煉法製成鎳錳鎵合金鑄錠與本試驗得到的準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的相變溫度和居裡點，檢測結果如表I所
/Jn o表I
權利要求
1.一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法，其特徵在於準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法是按以下步驟完成 一、製備鎳錳鎵顆粒首先按鎳的質量分數為509T50. 5%、錳的質量分數為26. 59T27. 5%和鎵的質量分數為22. 59^23. 0%準備材料，然後採用電弧熔煉法製成鎳錳鎵合金鑄錠，再在壓力為IOOMPa 150MPa下對鎳錳鎵合金鑄錠進行機械破碎，然後放入研缽中研磨0. 5h lh，再放入35目金屬篩上振動20mirT40min，沒有通過篩孔的金屬顆粒回收繼續研磨，過35目金屬篩的顆粒放入45目金屬篩振動20mirT40min，即得到粒徑為355iinT500iim的鎳錳鎵顆粒；二、製備偏鋁酸鈉顆粒首先在溫度為100°C 150°C下將偏鋁酸鈉粉末烘乾至恆重，然後轉移至模具中，然後以20MPa/mirT30MPa/min的升壓速率下將壓力從常壓升壓至120MPa 130MPa，並在壓力為120MPa 130MPa下冷壓4mirT6min，取出後得到片狀偏鋁酸鈉，然後在1400°C 1600°C下將片狀偏鋁酸鈉燒結3tT5h，再隨爐冷卻至室溫，得到燒結後片狀偏鋁酸鈉，將燒結後片狀偏鋁酸鈉研磨，然後依次60目金屬篩和80目金屬篩，在80目金屬篩上得到粒徑為180 !!!^250 的偏鋁酸鈉顆粒；三、混粉首先將丙酮加入散粉容器中，再將粒徑為SSSiinrSOOiim的鎳錳鎵顆粒和粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒加入散粉容器中，攪拌混勻即得到均勻混合顆粒漿料，然後在溫度為60°C 80°C下乾燥至恆重，即得到混合粉體，將混合粉體轉移至模具中，然後在壓力為20MPa 30MPa下冷壓2mirT5min，即得到片狀混合固體；四、燒結在室溫下將片狀混合固體轉移至真空-熱壓燒結爐中，然後抽真空至真空度為0. 05Pa^0. 15Pa，再以升溫速率為10°C /min"20°C /min從室溫升溫至950°C 1050°C，然後以升壓速率為3MPa/mirT7MPa/min機械升壓至25MPa 35MPa，並在真空度為0. 05Pa 0. 15Pa、壓力為25MPa 35MPa下保壓lh 2h，然後在壓力為25MPa 35MPa下以降溫速率為150°C /h^200°C /h冷卻至室溫，撤去壓力後即得到含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金；五、去除偏鋁酸鈉①硫酸溶解首先採用質量分數為309^40%的硫酸水溶液對含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金進行溶解兩次，每次溶解後在超聲輔助下採用蒸餾水清洗一次，得到硫酸溶解後泡沫合金HC1、硫酸溶解依次採用質量分數為8% 12%的HCl水溶液和質量分數為309^40%的硫酸水溶液在超聲輔助下繼續溶解，得到第一次HC1、硫酸溶解後泡沫合金；③重複步驟五②操作一次，得到第二次HCl、硫酸溶解後泡沫合金；④清洗將步驟五③中得到的第二次HC1、硫酸溶解後泡沫合金在超聲輔助下採用蒸餾水清洗一次；⑤乾燥在溫度為110°C 130°C下將步驟五④得到的超聲清洗後泡沫合金烘乾50mirT70min，即得到準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金；步驟三中所述的粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒與粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒的體積比I: (0. 5^2. 0);步驟三中所述的粒徑為355 UnTsoo 的鎳錳鎵顆粒與丙酮的體積比為I: (2. 5 3. 5)。
2.根據權利要求I所述的一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法，其特徵在於步驟一中首先按鎳的質量分數為50. 3%、錳的質量分數為26. 9%和鎵的質量分數為22. 8%準備材料，然後採用電弧熔煉法製成鎳錳鎵合金鑄錠，再在壓力為11010^ 14010^下對鎳錳鎵合金鑄錠進行機械破碎，然後放入研缽中研磨40mirT50min，再放入35目金屬篩上振動25mirT35min，沒有通過篩孔的金屬顆粒回收繼續研磨，過35目金屬篩的顆粒放入45目金屬篩振動25mirT35min，即得到粒徑為355 u nT500 u m的鎳錳鎵顆粒。
3.根據權利要求2所述的一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法，其特徵在於步驟二中首先在溫度為110°c 140°c下將偏鋁酸鈉粉末烘乾至恆重，然後轉移至模具中，然後以22MPa/mirT28MPa/min的升壓速率下將壓力從常壓升壓至122MPa 128MPa，並在壓力為122MPa 128MPa下冷壓4. 5mirT5. 5min，取出後得到片狀偏鋁酸鈉，然後在.14500C 1550°C下將片狀偏鋁酸鈉燒結3. 5tT4. 5h，再隨爐冷卻至室溫，得到燒結後片狀偏招酸鈉，將燒結後片狀偏招酸鈉研磨，然後依次60目金屬篩和80目金屬篩,在80目金屬篩上得到粒徑為180 u nT250 u m的偏鋁酸鈉顆粒。
4.根據權利要求3所述的一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法，其特徵在於步驟三中在溫度為65°C 75°C下將均勻混合顆粒漿料乾燥至恆重，即得到混合粉體，將混合粉體轉移至模具中，然後在壓力為22MPa 28MPa下冷壓3mirT4min，即得到片狀混合固體。
5.根據權利要求4所述的一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法，其特徵在於步驟四中在室溫下將片狀混合固體轉移至真空-熱壓燒結爐中，然後抽真空至真空度為0. 08Pa 0. 12Pa，再以升溫速率為13°C /mirTl7°C /min從室溫升溫至980°C "1020°C,然後以升壓速率為4MPa/mirT6MPa/min機械升壓至27MPa 33MPa，並在真空度為.0.08Pa 0. 12Pa、壓力為27MPa 33MPa下保壓I. 2h l. 8h，然後在壓力為27MPa 33MPa下以降溫速率為160°C /tTl90°C /h冷卻至室溫，撤去壓力後即得到含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫麼麼I=I -Wl o
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法，其特徵在於步驟五①中所述的硫酸溶解具體操作如下首先將含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金完全浸入質量分數為30% 40%的硫酸水溶液中，並在室溫下浸泡溶解4mirT6min，取出經過第一次溶解的含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金放入裝有蒸餾水的容器中，再整體轉移至超聲波清洗機上，在頻率為80Hz 120Hz下間接震蕩清洗4mirT6min,取出經過第一次震蕩清洗的含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金再次完全浸入質量分數為309^40%硫酸水溶液中浸泡溶解8mirTl2min，取出經過第二次溶解的含偏鋁酸鈉顆粒的鎳錳鎵泡沫合金放入裝有蒸餾水的容器中，再整體轉移至超聲波清洗機上，在頻率為80Hd20Hz下間接震蕩清洗4min"6min,得到硫酸溶解後泡沫合金。
7.根據權利要求6所述的一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法，其特徵在於步驟五②中所述的HC1、硫酸溶解具體操作如下將步驟五①得到的硫酸溶解後泡沫合金完全浸入質量分數為8% 12%的HCl水溶液中，並在頻率為80Hd20Hz超聲輔助間接震蕩浸泡溶解4mirT6min，取出經過超聲HCl溶解的泡沫合金完全浸入質量分數為30% 40%硫酸水溶液中，並在頻率為80Hz 120Hz超聲輔助間接震蕩浸泡溶解4mirT6min，即得到第一次HCl、硫酸溶解後泡沫合金。
8.根據權利要求7所述的一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法，其特徵在於步驟五③中所述的重複步驟五②操作一次具體操作如下將步驟五②得到的第一次HC1、硫酸溶解後泡沫合金完全浸入質量分數為8% 12%的HCl水溶液中，並在頻率為80Hz 120Hz超聲輔助間接震蕩浸泡溶解4mirT6min，取出經過超聲HCl溶解的泡沫合金完全浸入質量分數為309^40%硫酸水溶液中，並在頻率為80Hd20Hz超聲輔助間接震蕩浸泡溶解.4min"6min,即得到第二次HCl、硫酸溶解後泡沫合金。
9.根據權利要求8所述的一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法，其特徵在於步驟五④在頻率為80Hz 120Hz進行間接震蕩超聲清洗，超聲清洗時間為4mirT6min。
全文摘要
一種準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金的製備方法，它涉及一種鎳錳鎵泡沫合金的製備方法。本發明的目的是要解決現有鎳錳鎵泡沫合金的製備方法存在造孔劑坯體中孔隙的含量範圍小，且需要高溫、真空及加壓條件的問題。方法一、製備鎳錳鎵顆粒；二、製備偏鋁酸鈉顆粒；三、製備片狀混合固體；四、燒結；五、去除偏鋁酸鈉，即得到準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金。優點一、孔隙率可以進行調整，孔隙率最大可達65%，最小為35%；二、對真空度、溫度和壓力的要求比「壓力鑄造方法」都要低，製備工藝簡單，降低製備成本，且得到了準連續孔隙的鎳錳鎵泡沫合金。本發明主要用於製備準連續孔隙鎳錳鎵泡沫合金。
文檔編號C22C1/08GK102719692SQ201210243508
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者井楠, 劉海亭, 張學習, 戎旭東, 耿林, 黃譯禾 申請人:哈爾濱工業大學