[发明专利]具有优异热稳定性空间环境使用的高温形状记忆合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种形状记忆合金及其制备方法。

背景技术

近年来，高温形状记忆合金引起独有的形状记忆特性而被广泛用作航天器的热控系统、天线自展开机构等系统的智能驱动材料。航天器在太空服役期间，会遇到各种复杂的空间环境。航天器在低地球轨道运行期间反复进出地球阴影，环境温度交替变化。温度变化范围随轨道高度、季节和隔热措施的不同而有较大差别，要受到冷热交变作用的影响。航天器在低地球轨道运行一个周期约90min，表面温度一般在172K～366K范围内变化，极限情况可达151K～395K。在地球同步轨道运行一个周期约24h，温度变化范围更大，一般在103K～393K范围内变化。太阳辐照是其温度升高的主要原因，进入地球阴影后，航天器向周围的“冷背景空间”辐射能量导致航天器温度降低。轨道周期约为90min，工作寿命为30年的航天器将承受17万次左右的热循环，长期的热循环作用会在结构中产生热应力，使构件材料产生疲劳，器件发生失效。

目前研究较多的高温形状记忆合金主要有：Ti-Ni基高温记忆合金、Cu基和Ni-Al基高温记忆合金、Ni-Mn基高温记忆合金、Ta-Ru和Nb-Ru高温记忆合金以及Ti-Ta和Ti-Nb基高温记忆合金。这些合金均具有较高的相变温度，但仍存在一些难以克服的缺点，严重阻碍了上述高温记忆合金的实际应用。例如，Pd、Au和Pt等贵金属掺杂的Ti-Ni基高温记忆合金的成本高、加工困难，且高温稳定性较差；Cu基和Ni-Al基高温记忆合金成本低，但冷热加工性能和热稳定性均差；Ta-Ru和Nb-Ru高温记忆合金相变温度可以超过1000℃，但其价格昂贵，加工成型困难，高温热稳定性不足；Ti-Ta和Ti-Nb合金具有优异的塑性和良好的可加工性，但其相变温度和记忆效应冷热循环时衰减严重，热稳定性差。由上述可知，热稳定性不足是目前高温记忆合金存在的普遍问题。

发明内容

本发明目的是为了解决现有高温记忆合金的热稳定性不足的问题，而提供一种空间环境用具有高热循环稳定性的高温形状记忆合金及其制备方法。

本发明具有优异热稳定性空间环境使用的高温形状记忆合金的化学式为Ni₅₄Mn₂₅Ga_21-xRE_x，其中0＜X＜0.5，RE表示Gd、Dy、Y、Tb、Ce或Ho。

本发明具有优异热稳定性空间环境使用的高温形状记忆合金的制备方法按下列步骤实现：

一、按化学式Ni₅₄Mn₂₅Ga_21-xRE_x的原子百分比称取Ni、Mn、Ga和RE作为原料；

二、将步骤一中的各原料放入非自耗真空电弧熔炼炉中，抽真空至5×10^-3～8×10^-3Pa后通入氩气，再抽真空至5×10^-4～8×10^-4Pa，然后在1300～1700℃的温度下反复翻转熔炼6～10次并加以磁搅拌后得到合金铸锭；

三、经机械抛光去除步骤二得到的合金铸锭表面的杂质，用丙酮清洗后封入真空度小于10^-3Pa的石英管中，在750～950℃保温24～48小时后淬入冰水中，得到具有优异热稳定性空间环境使用的高温形状记忆合金；

其中步骤一所述的化学式Ni₅₄Mn₂₅Ga_21-xRE_x中的0＜X＜0.5，RE表示Gd、Dy、Y、Tb、Ce或Ho。