專利名稱：一種基于電鍍熱擴散制備Co-Ni-Al合金的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磁控形狀記憶金屬功能材料制備技術，具體涉及一種基于電鍍熱擴散制備Co-Ni-Al合金的方法。
背景技術：
磁性形狀記憶合金，(Magnetic Shape Memory Alloy, MSMA)不但具有傳統(tǒng)形狀記憶合金受溫度場控制的熱彈性形狀記憶效應，而且具有受磁場控制的磁性形狀記憶效應。 因此，合金兼有大恢復應變、大輸出應力、高響應頻率和可精確控制的綜合特性，使其可能在大功率水下聲納、微位移器、震動和噪聲控制、線性馬達、微波器件、機器人等領域有重要應用，有望成為壓電陶瓷和磁致伸縮材料之后的新一代驅(qū)動與傳感材料。目前，已發(fā)現(xiàn)的磁性形狀記憶合金主要包括Ni系合金Ni-Mn-Ga, Ni-Al-Mn, Ni-Co-Al, Ni-Fe-Ga-Co等；Co 系合金 Co-Μη, Co-Ni, Co-Ni-Ga 等；Fe 系合金 Fe-Pd, Fe-Mn-Si, Fe-Ni-Co-Ti, Fe-Pt,等·其中，Ni-Mn-Ga合金是最早發(fā)現(xiàn)的MSMA，其研究較為成熟，已有應用于直線驅(qū)動器、直線電機等方面的報道，但合金性能的穩(wěn)定性和重復性不夠理想。
Co基鐵磁形狀記憶合金包括Co-Ni-Ga和Co-Ni-Al兩類合金，具有磁晶各向異性能大和熱加工性能優(yōu)異等優(yōu)點。Co-Ni-Al是唯一一種以共晶方式凝固的MSMA，且存在寬結(jié)晶范圍的兩相共存區(qū)，并在功能成分范圍內(nèi)展現(xiàn)出豐富的多相共存行為，制備方法相對簡單，價格低廉，具有較大的應用前景。
國內(nèi)外研究學者采用常規(guī)凝固、深過冷凝固、定向凝固、快速凝固及粉末冶金的方法等制備條件下Co-Ni-Al合金，具有良好的應變誘發(fā)形狀記憶效應，但仍未解決CoNiAl 合金的驅(qū)動磁場大、磁致應變小的技術瓶頸。
本發(fā)明利用在鋁箔進行復合電鍍Co-Ni合金，通過調(diào)整熱處理工藝參數(shù)，最終制備出綜合性能優(yōu)良的Co-Ni-Al合金。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種基于電鍍熱擴散制備Co-Ni-Al合金的方法，有如下步驟1)在純鋁基材表面電鍍Co-Ni合金鍍層，上述Co-Ni合金鍍層中鎳的質(zhì)量比為10 90% ；2)將電鍍后的Co-Ni/Al放入加熱器中，在溫度為250°C 600°C保溫60 240小時， 擴散形成均勻的Co-Ni-Al合金，隨爐冷卻至室溫后取出。
上述步驟I)中純鋁基材厚度為O. Olmm O. 3mm。
上述步驟I)中電鍍的工藝流程為在室溫下對純鋁基材表面用蒸餾水沖洗清潔除油，清潔除油后將其置于由體積比為20%的硝酸、體積比為I %的氫氟酸和余量去離子水組成的酸蝕液中，在室溫下酸蝕時間為40小時；然后使用去離子水水洗；室溫下，將試樣放入由15 g/L硫酸鎳和112 g/L檸檬酸鈉混合組成的pH值為13的溶液中進行活化，之后置于電鍍液中電鍍；停止電鍍試樣洗滌吹干。
上述電鍍以純鋁為陽極，所述電鍍液的配方是硫酸鎳100 250 g/L，氯化鈉 10 20 g/L，硼酸20 40 g/L，硫酸鈷10 120 g/L，糖精lg/L ;電鍍過程中恒電流，電流O. 15A，鍍液pH值為4. 6。調(diào)整電鍍液組成及電鍍參數(shù)可在純鋁基材上獲得不同成分的 Co-Ni合金鍍層。
上述步驟2)中加熱器為馬弗爐或真空爐；馬弗爐為避免鍍層氧化，采取通入氮氣、氬氣或氫氣保護性氣體，或?qū)o-Ni/Al放入碳粉還原性物質(zhì)中加熱。
上述步驟2)中保溫時間根據(jù)純鋁基材和鍍層厚度決定，加熱至擴散得到成分均勻 Co-Ni-Al 合金。
本發(fā)明的有益效果I.采用復合電鍍的方法在鋁基材上制備Co-Ni合金，控制熱處理工藝、鍍層的成分和基體的厚度等參數(shù)，制備出綜合性能優(yōu)良Co-Ni-Al合金。
2.制備Co-Ni-Al合金的設備成本和技術要求低，只需要簡單的電源和加熱器即可制備出Co-Ni-Al合金。
3.本發(fā)明制備方法工藝簡單，性能穩(wěn)定性好，較好地解決當前Co-Ni-Al磁控記憶合金尚存的驅(qū)動磁場大、磁致應變小等瓶頸技術難點。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例詳述本發(fā)明。
實施例II)在O. 05mm厚度的純鋁基材表面，室溫下對純鋁基材表面用蒸餾水沖洗清潔除油，清潔除油后將其置于由體積比為20%的硝酸、體積比為I %的氫氟酸和余量去離子水組成的酸蝕液中，在室溫下酸蝕時間為40小時；然后使用去離子水水洗；室溫下，將試樣放入由 15 g/L硫酸鎳和112 g/L檸檬酸鈉混合組成的pH值為13的溶液中進行活化，之后置于電鍍液中電鍍；停止電鍍試樣洗滌吹干。
上述電鍍液的組成配方是硫酸鎳250g/L,氯化鈉10 g/L,硼酸40 g/L,硫酸鈷 55 g/L,糖精lg/L ；電鍍參數(shù)是施鍍過程中恒電流，電流O. 15A，鍍液pH值為4. 6。停止電鍍試樣洗滌吹干，得到Co-54. 2%Ni合金鍍層，其中上述Co-Ni合金鍍層中鎳的質(zhì)量比為 54. 2% ；2)將電鍍后的Co-54. 2%Ni /Al試樣放入馬弗爐，在溫度為550°C、氬氣氣氛下保溫60 小時后得到成分為Co-45. 0%Ni-17%Al合金。
3)隨爐冷卻至室溫后取出。
實施例2I)在O. Imm厚度的純鋁基材表面，室溫下對純鋁基材表面用蒸餾水沖洗清潔除油，清潔除油后將其置于由體積比為20%的硝酸、體積比為1%的氫氟酸和余量去離子水組成的酸蝕液中，在室溫下酸蝕時間為40小時；然后使用去離子水水洗；室溫下，將試樣放入由 15 g/L硫酸鎳和112 g/L檸檬酸鈉混合組成的pH值為13的溶液中進行活化，之后置于電鍍液中電鍍；停止電鍍試樣洗滌吹干。
上述電鍍液的組成配方是硫酸鎳100g/L，氯化鈉20 g/L，硼酸40 g/L，硫酸鈷120 g/L，糖精lg/L ;電鍍參數(shù)是施鍍過程中恒電流，電流O. 15A，鍍液pH值為4. 6。停止電鍍試樣洗滌吹干，得到Co-9. 9%Ni合金鍍層，其中上述Co-Ni合金鍍層中鎳的質(zhì)量比為 9. 9% ；2)將電鍍后的Co-9. 9%Ni /Al試樣放入真空熱出爐中，在溫度為300°C下保溫200小時后得到成分為Co-6. 0%Ni-40. 0%A1合金。
3)隨爐冷卻至室溫后取出。
實施例31)在O.2mm厚度的純鋁基材表面，室溫下對純鋁基材表面用蒸餾水沖洗清潔除油，清潔除油后將其置于由體積比為20%的硝酸、體積比為1%的氫氟酸和余量去離子水組成的酸蝕液中，在室溫下酸蝕時間為40小時；然后使用去離子水水洗；室溫下，將試樣放入由 15 g/L硫酸鎳和112 g/L檸檬酸鈉混合組成的pH值為13的溶液中進行活化，之后置于電鍍液中電鍍；停止電鍍試樣洗滌吹干。
上述電鍍液的組成配方是硫酸鎳175g/L，氯化鈉20 g/L，硼酸20 g/L，硫酸鈷 10 g/L，糖精lg/L ; 電鍍參數(shù)是施鍍過程中恒電流，電流O. 15A，鍍液pH值為4. 6。停止電鍍試樣洗滌吹干，得到Co-41. 5%Ni合金鍍層，其中上述Co-Ni合金鍍層中鎳的質(zhì)量比為 41. 5% ；2)將電鍍后的Co-41.5%Ni /Al試樣放入馬弗爐中，在溫度為400°C、氮氣氣氛保溫180 小時后得到成分為Co-35. 0%Ni-14. 5%A1合金。
3)隨爐冷卻至室溫后取出。
實施例41)在O.15mm厚度的純鋁基材表面，室溫下對純鋁基材表面用蒸餾水沖洗清潔除油，清潔除油后將其置于由體積比為20%的硝酸、體積比為I %的氫氟酸和余量去離子水組成的酸蝕液中，在室溫下酸蝕時間為40小時；然后使用去離子水水洗；室溫下，將試樣放入由 15 g/L硫酸鎳和112 g/L檸檬酸鈉混合組成的pH值為13的溶液中進行活化，之后置于電鍍液中電鍍；停止電鍍試樣洗滌吹干。
上述電鍍液的組成配方是硫酸鎳250g/L，氯化鈉20 g/L，硼酸30 g/L，硫酸鈷 10 g/L，糖精lg/L;電鍍參數(shù)是施鍍過程中恒電流，電流O. 15A，鍍液pH值為4.6。停止電鍍試樣洗滌吹干，得到Co-88. 3%Ni合金鍍層，其中上述Co-Ni合金鍍層中鎳的質(zhì)量比為 88. 3% ；2)將電鍍后的Co-88.3%Ni /Al試樣放入馬弗爐中，在溫度為600°C、碳粉包覆下保溫 80小時后得到成分為Co-80%Ni-9. 4%A1合金。
3)隨爐冷卻至室溫后取出。
實施例5I)在O. 3mm厚度的純鋁基材表面，室溫下對純鋁基材表面用蒸餾水沖洗清潔除油，清潔除油后將其置于由體積比為20%的硝酸、體積比為1%的氫氟酸和余量去離子水組成的酸蝕液中，在室溫下酸蝕時間為40小時；然后使用去離子水水洗；室溫下，將試樣放入由 15 g/L硫酸鎳和112 g/L檸檬酸鈉混合組成的pH值為13的溶液中進行活化，之后置于電鍍液中電鍍；停止電鍍試樣洗滌吹干。
上述電鍍液的組成配方是硫酸鎳220g/L，氯化鈉15 g/L，硼酸40 g/L，硫酸鈷50g/L，糖精lg/L ;電鍍參數(shù)是施鍍過程中恒電流，電流O. 15A，鍍液pH值為4. 6。停止電鍍試樣洗滌吹干，得到Co-49. 9%Ni合金鍍層，其中上述Co-Ni合金鍍層中鎳的質(zhì)量比為 49. 9% ；2)將電鍍后的Co-49. 9%Ni /Al試樣放入馬弗爐中，在溫度為450°C、在真空熱出爐內(nèi)保溫240小時后得到成分為Co-14. 9%Ni-70. 2%A1合金。
3)隨爐冷卻至室溫后取出。
權(quán)利要求
1.一種基于電鍍熱擴散制備C0-Ni-Al合金的方法，其特征在于該方法有如下步驟 1)在純鋁基材表面電鍍Co-Ni合金鍍層，上述Co-Ni合金鍍層中鎳的質(zhì)量比為10 90% ； 2)將電鍍后的Co-Ni/Al放入加熱器中，在溫度為250°C 600°C保溫60 240小時，擴散形成均勻的Co-Ni-Al合金，隨爐冷卻至室溫后取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于上述步驟I)中純鋁基材厚度為O.Olmm O.3mmο
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于上述步驟I)中電鍍的工藝流程為在室溫下對純鋁基材表面用蒸餾水沖洗清潔除油，清潔除油后將其置于由體積比為20%的硝酸、體積比為I %的氫氟酸和余量去離子水組成的酸蝕液中，在室溫下酸蝕時間為40小時；然后使用去離子水水洗；室溫下，將試樣放入由15 g/L硫酸鎳和112 g/L檸檬酸鈉混合組成的pH值為13的溶液中進行活化，之后置于電鍍液中電鍍；停止電鍍試樣洗滌吹干。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于上述電鍍以純鋁為陽極；所述電鍍液的配方是硫酸鎳100 250 g/L，氯化鈉10 20 g/L，硼酸20 40 g/L，硫酸鈷10 120 g/L,糖精lg/L ；電鍍過程中恒電流，電流O. 15A，鍍液pH值為4. 6。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于上述步驟2)中加熱器為馬弗爐或真空爐；馬弗爐為避免鍍層氧化，采取通入氮氣、氬氣或氫氣保護性氣體，或?qū)o-Ni/Al放入碳粉還原性物質(zhì)中加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于上述步驟2)中保溫時間根據(jù)純鋁基材和鍍層厚度決定，加熱至擴散得到成分均勻Co-Ni-Al合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于電鍍熱擴散制備Co-Ni-Al合金的方法，本發(fā)明以鋁箔為基材進行復合電鍍Co-Ni合金層，通過熱處理擴散形成Co-Ni-Al磁控形狀記憶合金；本發(fā)明提供的Co-Ni-Al合金制備方法工藝簡單，性能穩(wěn)定性好，較好地解決當前Co-Ni-Al磁控記憶合金尚存的驅(qū)動磁場大、磁致應變小等瓶頸技術，促進磁控記憶合金在大功率水下聲納、微位移器、震動和噪聲控制、線性馬達、微波器件、機器人等領域的實際應用。
文檔編號C22C1/00GK102925779SQ20121040931
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者胡永俊, 李昔強, 鄭輝庭, 成曉玲, 胡光輝, 李風, 何志泉, 劉瑞強, 陳鐵文, 龐建業(yè), 梁振標, 甄余炳, 林涌, 黃曉爭, 徐志隆, 鐘彬強, 何健楠, 駱志捷, 黃春檑, 何遠川, 劉毅然 申請人:廣東工業(yè)大學