一种膨胀系数可调合金及其制备方法

本发明涉及合金材料，具体涉及一种膨胀系数可调合金及其制备方法。

背景技术：

1、热膨胀现象是指材料在温度变化过程中体积或长度也相应发生变化的现象，是材料的固有属性。绝大多数材料受热膨胀，遇冷收缩，即我们理解的“热胀冷缩”。但是也有少数材料可以实现“冷胀热缩”。负热膨胀材料或零膨胀材料可以有效缓解材料在使用过程中由于正热膨胀造成的失效等问题，随着技术进步和制造水平的提高，仪器仪表的温度稳定性要求更高，对材料提出了膨胀系数更低甚至膨胀系数为负的要求。

2、然而，目前这些负热膨胀材料中的大多数都是非金属化合物，本身柔度大、脆性大，加工性能较差。并且这些非金属材料虽然具有负膨胀效应但不具备合金特性，无法满足强度支撑的需求。与无机和有机负热膨胀材料相比，金属负热膨胀材料具有良好的可加工性、导热性能(抗热冲击能力强)和力学性能，具有更广阔的应用前景。

技术实现思路

1、(一)发明目的

2、本发明的目的是提供一种能增大合金的负热膨胀系数的膨胀系数可调合金及其制备方法。

3、(二)技术方案

4、为解决上述问题，本发明提供了一种膨胀系数可调合金的制备方法，包括：

5、步骤100：按照所述合金的原子百分比，进行原料配制；

6、步骤200：将配好的原料放入电弧熔炼炉进行反复熔炼，获得第一材料；

7、步骤300：将所述第一材料热轧成板材，再进行固溶处理，获得第二材料；

8、步骤400：对所述第二材料进行冷轧工艺处理，获得第三材料；

9、步骤500：对所述第三材料进行热机械循环训练，获得合金。

10、本发明的另一方面，优选地，所述步骤100中所述合金包括钛和铌，所述合金中钛和铌的原子百分比满足：钛：铌＝3:1。

11、本发明的另一方面，优选地，所述步骤200：将配好的原料放入电弧熔炼炉进行反复熔炼，获得第一材料，包括：

12、将配好的原料放入电弧熔炼炉并抽取真空至预设的真空度，所述预设的真空度小于等于4.5×10-3pa；

13、充入氩气至预设的压强，所述预设的压强为0.4×105pa～0.6×105pa；

14、进行反复熔炼，所述熔炼的温度为：2500℃～2900℃；所述熔炼的次数为大于等于5次。

15、本发明的另一方面，优选地，所述步骤300：将所述第一材料热轧成板材，再进行固溶处理，获得第二材料，包括；

16、所述第一材料的热轧的温度为800℃～900℃；

17、将经过热轧的第一材料封装在石英管中进行固溶处理；

18、所述封装的石英管内真空度小于等于1×10-4pa，所述固溶处理的温度为1100℃，所述的固溶处理时间大于等于24h。

19、本发明的另一方面，优选地，所述步骤400：对所述第二材料进行冷轧工艺处理，获得第三材料，包括：

20、所述冷轧工艺的变形量为90％；

21、将经过冷轧工艺的第二材料切割成狗骨头状，获得第三材料。

22、本发明的另一方面，优选地，所述步骤500：对所述第三材料进行热机械循环训练，获得合金，包括：

23、对第三材料在预设的训练载荷下进行加热至预设的温度；

24、在加热状态下对所述第三材料施加沿轧制方向的轴向力进行拉伸；

25、在拉伸状态下对所述第三材料进行降温；

26、温度降至室温后，卸载轴向力；

27、重复步骤500至预设的训练次数，获得合金。

28、本发明的另一方面，优选地，当所述预设的训练载荷分别为300mpa、450mpa，所述预设的温度分别为50℃、100℃、150℃，所述预设的训练次数分别为5次、10次时，制备的合金在-40℃～60℃的温度范围内具有-10.1×10-6k-1～-40.6×10-6k-1的可逆负热膨胀系数。

29、本发明的另一方面，优选地，当所述预设的训练载荷为300mpa、450mpa，所述预设的温度分别为50℃、100℃、150℃，所述预设的训练次数分别为5次、10次时，制备的合金在125℃～225℃的温度范围内具有-87×10-6k-1～-216.2×10-6k-1的可调节负热膨胀系数。

30、本发明的另一方面，优选地，一种膨胀系数可调合金，所述合金利用如上所述的制备方法制备。

31、本发明的另一方面，优选地，所述合金在-40℃～60℃的温度范围内具有-10.1×10-6k-1～-40.6×10-6k-1的可逆负热膨胀系数；所述合金在125°c～225℃的温度范围内具有-87×10-6k-1～-216.2×10-6k-1的可调节负热膨胀系数。

32、(三)有益效果

33、本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

34、本发明通过对所制备的合金热机械循环训练，实现了可调控的可逆负热膨胀系数以及超大负热膨胀系数；热机械循环训练中通过控制温度、压力等关键参数，使得合金在微观结构上发生了变化，从而获得了优异的负热膨胀性能。本发明通过调整热机械循环训练参数，对材料的负热膨胀系数进行调控，满足不同应用场景的需求。本发明的制备工艺简单、高效，易于实现大规模生产。

技术特征：

1.一种膨胀系数可调合金的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤100中所述合金包括钛和铌，所述合金中钛和铌的原子百分比满足：钛：铌＝3:1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤200：将配好的原料放入电弧熔炼炉进行反复熔炼，获得第一材料，包括：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤300：将所述第一材料热轧成板材，再进行固溶处理，获得第二材料，包括；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤400：对所述第二材料进行冷轧工艺处理，获得第三材料，包括：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤500：对所述第三材料进行热机械循环训练，获得合金，包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，当所述预设的训练载荷分别为300mpa、450mpa，所述预设的温度分别为50℃、100℃、150℃，所述预设的训练次数分别为5次、10次时，制备的合金在-40°c～60℃的温度范围内具有-10.1×10-6k-1～-40.6×10-6k-1的可逆负热膨胀系数。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，当所述预设的训练载荷为300mpa、450mpa，所述预设的温度分别为50℃、100℃、150°c，所述预设的训练次数分别为5次、10次时，制备的合金在125℃～225°c的温度范围内具有-87×10-6k-1～-216.2×10-6k-1的可调节负热膨胀系数。

9.一种膨胀系数可调合金，其特征在于，所述合金利用如权利要求1-8任意一项所述的制备方法制备。

10.根据权利要求9所述的合金，其特征在于，所述合金在-40℃～60°c的温度范围内具有-10.1×10-6k-1～-40.6×10-6k-1的可逆负热膨胀系数；所述合金在125℃～225℃的温度范围内具有-87×10-6k-1～-216.2×10-6k-1的可调节负热膨胀系数。

技术总结本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种膨胀系数可调合金及其制备方法，包括：按照合金的原子百分比，进行原料配制；将配好的原料放入电弧熔炼炉进行反复熔炼，获得第一材料；将第一材料热轧成板材，再进行固溶处理，获得第二材料；对第二材料进行冷轧工艺处理，获得第三材料；对第三材料进行热机械循环训练，获得合金。本发明通过对所制备的合金热机械循环训练，实现了可调控的可逆负热膨胀系数以及超大负热膨胀系数；热机械循环训练中通过控制温度、压力等关键参数，使得合金在微观结构上发生了变化，从而获得了优异的负热膨胀性能。对材料的负热膨胀系数进行调控，满足不同应用场景的需求。技术研发人员：王宇,窦祥祥,原晨洁,郭远军,杨森受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10