一種粘結(jié)馬氏體相變材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種粘結(jié)馬氏體相變材料的制備方法，用于制造 制冷材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 馬氏體相變被定義為：替換原子經(jīng)無擴散位移(均勻和不均勻形變）、由此產(chǎn)生形 狀改變和表面浮凸、呈不變平面應(yīng)變特征的一級、形核-長大型的相變。通常，馬氏體相變材 料在冷卻時發(fā)生馬氏體正相變形成馬氏體相，而在加熱時發(fā)生逆相變形成母相。馬氏體相 變材料在鋼的強化、材料韌化、減小淬火變形、形狀記憶效應(yīng)、超彈性及偽彈性等方面都有 諸多應(yīng)用，是良好的功能材料。
[0003]由于馬氏體相和母相的結(jié)構(gòu)存在很大差異，在馬氏體相變過程中往往伴隨著劇烈 的晶體結(jié)構(gòu)變化，這一效應(yīng)被應(yīng)用在形狀記憶合金中，即把具有某種形狀的材料從高于馬 氏體相變溫度(TM)的高溫冷卻，使之形成低溫馬氏體相，在此狀態(tài)下加載變形，然后，將材 料升溫至馬氏體逆相變溫度(TA)以上，材料又恢復(fù)到原來的形狀。
[0004]傳統(tǒng)的形狀記憶合金主要由溫度和應(yīng)力變化來控制其形變，這導(dǎo)致其響應(yīng)頻率 低，且靈敏度提升困難。與之相比，新型鐵磁形狀記憶合金(FerromagneticShapeMemory All〇ys，F(xiàn)SMAs)是兼有鐵磁性和熱彈性馬氏體相變的一類形狀記憶合金材料。除了溫度場 和應(yīng)力場外，這種材料的馬氏體相變還能夠被磁場調(diào)控，使得我們能夠選擇最佳的外界作 用場耦合條件去促使材料某一性能更為突出，從而使材料的應(yīng)用功能更強，應(yīng)用范圍更廣。
[0005]目前，鐵磁形狀記憶合金中最大的一類是Heusler合金，包括Ni-Mn-Ga，Ni-Mn_Al， Ni-Mn-In，Ni-Mn_Sn等。最近，研究人員發(fā)現(xiàn)具有六角Ni2ln型結(jié)構(gòu)的三元合金，如MnCoGe、 MnNiGe等，也表現(xiàn)出磁場誘導(dǎo)的磁結(jié)構(gòu)耦合馬氏體相變，在相變過程中伴隨著巨大的晶體 結(jié)構(gòu)變化和磁熱效應(yīng)，并且其相變溫度能夠在很寬的溫區(qū)內(nèi)調(diào)節(jié)，被認(rèn)為是新一代鐵磁形 狀記憶合金和磁制冷材料。
[0006] 然而，不論是Ni-Mn-Ga系列Hesuler合金還是新一代Ni2ln型結(jié)構(gòu)的馬氏體相變材 料，由于在馬氏體相變過程中的巨大晶體結(jié)構(gòu)畸變，都會導(dǎo)致該類材料相變后碎化，無法進(jìn) 行成型和機械加工，極大地限制了這類馬氏體相變材料的應(yīng)用。而目前對改善這類材料力 學(xué)性能的研究還鮮有報道。
[0007]鑒于以上研究背景及馬氏體相變材料亟待解決的關(guān)鍵問題，如何制備機械性能良 好的馬氏體相變材料已成為當(dāng)下研究的重點，本發(fā)明提出一種粘結(jié)馬氏體相變材料的制備 方法，能夠制備出兼具良好機械性能和馬氏體相變性質(zhì)的馬氏體材料，并表現(xiàn)出良好的磁 制冷性能，能夠?qū)⑵鋺?yīng)用到磁制冷領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明目的在于提供一種粘結(jié)馬氏體相變材料的制備方法，按照本發(fā)明提 供的制備方法制得的粘結(jié)馬氏體相變材料，用于制造制冷材料。
[0009]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0010] -方面，本發(fā)明提供一種粘結(jié)馬氏體相變材料的制備方法，其具體制備方法包括 以下步驟：
[0011] 1)將馬氏體相變材料破碎成一定尺寸的粉末；
[0012] 2)將步驟1)中制備出的馬氏體相變材料粉末與粘結(jié)劑、固化劑混合均勻；
[0013] 3)將步驟2)中混合后的粉末壓制成需要的尺寸和形狀。
[0014] 4)將步驟3)中制備出的成型材料在一定固化溫度下固化一定時間，最終獲得粘結(jié) 馬氏體相變材料。
[0015]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法，優(yōu)選地，步驟1)可以具體地包括:將馬氏體相變材料 通過研磨、振動磨、滾動磨、球磨、或氣流磨等方式中的一種或幾種破碎，并通過大于10目的 標(biāo)準(zhǔn)篩，優(yōu)選為100~150目；篩選出小于2mm的粉末，優(yōu)選為0~0.5mm。
[0016] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法，所述步驟2)可以具體地包括:將步驟1)中 制備出的馬氏體相變材料粉末與粘結(jié)劑、固化劑混合均勻;所述粘結(jié)劑可為現(xiàn)有技術(shù)中常 用的各種粘結(jié)劑，例如，可選自環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚碳酸酯、聚乙烯萘酸脂、聚對苯二甲 酸二乙酯、聚酰亞胺、聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚丁烯、聚氯乙烯、聚乙烯等中的一種 或幾種，優(yōu)選地，用于本發(fā)明中的粘結(jié)劑選自環(huán)氧樹脂膠和聚酰亞胺膠中的一種或兩種;所 述固化劑為與所選粘結(jié)劑相配的高分子材料，優(yōu)選地，用于本發(fā)明中的固化劑為酚醛胺;所 述固化劑按5-50%的體積比和粘結(jié)劑混合，優(yōu)選為10~30 % ;然后將混合后的固化劑和粘 結(jié)劑按添加質(zhì)量比為0.5~20wt. %加入馬氏體相變材料粉末中，優(yōu)選為1~10wt. %。
[0017] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法，所述步驟3)可以具體地包括:將步驟2)中 混合后的粉末通過壓延法、模壓法、擠壓法、粉末注射成形、或放電等離子體燒結(jié)法壓制成 需要的尺寸和形狀，壓力為300~1500MPa，優(yōu)選為600~lOOOMPa;壓制溫度為0~900°C，優(yōu) 選為0~300°C;壓制時間為5~240分鐘，優(yōu)選為10~120分鐘。
[0018]更進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法，在步驟4)中，所述固化溫度可以為0~ 500°C，優(yōu)選為0~150°C;所述固化時間可以為1~10天，優(yōu)選為3~7天。
[0019]按照本發(fā)明提供的制備方法制得的粘結(jié)馬氏體相變材料用于制造制冷材料。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：1)利用本發(fā)明提供的制備方法制備的粘結(jié) 馬氏體相變材料具有比傳統(tǒng)馬氏體相變材料更高的機械性能;2)利用本發(fā)明提供的制備方 法可以根據(jù)實際需要制作任意形狀和尺寸的粘結(jié)材料;3)利用本發(fā)明提供的制備方法制備 的粘結(jié)馬氏體相變材料具有很好的磁熱效應(yīng)，能夠很好的應(yīng)用到制造制冷材料方面;4)本 發(fā)明提供的制備方法工藝簡單，易于操作和實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，所需粘結(jié)劑廣泛且價格低廉， 對實際應(yīng)用該制備方法具有重要的意義。
【附圖說明】
[0021] 以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例，其中：
[0022] 圖1為實施例1制得的粘結(jié)MnQ.6FeQ.4NiSi().5Ge().5馬氏體相變材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲 線；
[0023] 圖2為實施例1制得的MnQ.6FeQ.4NiSi().5Ge().5馬氏體相變材料在不同磁場下ΔS對溫 度的依賴關(guān)系；
[0024]圖3為實施例2制得的Ni5QMn34C〇2Sm4馬氏體相變材料在不同磁場下AS對溫度的 依賴關(guān)系。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述，給出的實施例僅為了闡 明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。
[0026] 實施例1:制備粘結(jié)MnQ.6FeQ.4NiSi().5Ge().5馬氏體相變材料及其用途
[0027] 1、制備方法
[0028] 1)按MnQ.6FeQ.4NiSi().5Ge().5馬氏體相變材料的化學(xué)式配制原料，原料為純度高于 99.9wt.%的市售金屬Mn、Fe、Ni、Si、Ge。用電弧法將以上原料熔煉成鑄錠，然后將鑄錠密封 在真空度為5Xl(T3Pa的石英管內(nèi)，在850°C退火處理5-7天。利用瑪瑙研缽將退火后的材料 破碎，并通過150目的標(biāo)準(zhǔn)篩篩選出小于0.1mm的不規(guī)則顆粒粉末。
[0029] 2)在步驟1)制備出的MnQ.6FeQ.4NiSi().5Ge().5馬氏體相變材料粉末中添加3wt.%的 粘結(jié)劑(該粘結(jié)劑為固化劑酚醛胺T-31按20% :80%的體積比和環(huán)氧樹脂E-51混合所得）；[0030] 3)將步驟2)的粉末和粘結(jié)劑混合均勻后在170°C的壓制溫度和900MPa壓力下壓制 60分鐘得到Φ10mmX10mm的圓柱形粘結(jié)Mn〇.6Fe〇.4NiSi().5Ge().5馬氏體相變成型材料；
[0031] 4)將步驟3)中制備出的粘結(jié)MnQ.6FeQ.4NiSi().5Ge().5馬氏體相變成型材料在20°C下 固化3天，最終獲得機械性能良好的粘結(jié)MnQ.6FeQ.4NiSi().5Ge().5馬氏體相變成型材料。
[0032] 2、產(chǎn)品表征及性能測定
[0033] 在WDW200D型微