[發明專利]一種Ni-Mn-Ge系磁性形狀記憶合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201210383242.4
• 申請日: 2012-10-11
• 公開（公告）號: CN102851545A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 羅鴻志;劉國棟;孟凡斌;劉何燕;代學芳
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C22C19/03
• 分類號: C22C19/03;C22C1/02;B22D11/06;C30B29/52;C30B15/00;C22F1/10
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

技術領域

本發明涉及一種磁性形狀記憶合金，具有鐵磁性和雙向形狀記憶效應，特別是涉及具有可控的磁感生應變和磁場驅動相變的Ni-Mn-Ge磁性材料及其制備方法。

背景技術

通常的形狀記憶合金在相對高的溫度下具有一種晶體結構（以下稱為母相），而在相對低的溫度下自發變成另外一種晶體結構，一般稱之為馬氏體相。當從較高的溫度降溫到較低的溫度時，材料從母相轉變為馬氏體相，該相轉變叫做馬氏體相變。反過來，從相對低的溫度加熱材料，合金會從馬氏體相轉變為母相，這種相反的相轉變稱為馬氏體逆相變。一般將馬氏體轉變的開始點和終點，分別稱為M_s點和M_f點，將馬氏體逆相變的開始和終點，分別稱為A_s點和A_f點。如果M_s和A_s之間差值較小，比如為幾度或幾十度，材料的這種馬氏體相變被稱為熱彈性馬氏體相變。

一般地，將某種合金材料在母相以確定的形狀冷卻，直到馬氏體相后，再人為地改變原有形狀，然后，將合金材料升溫，直到轉變成奧氏體時，如果合金材料的形狀完全或部分地轉變為原來的形狀，這種現象稱為形狀記憶效應。另外，如果在同樣的上述溫度循環中，母相的形狀在降溫引起的相變時刻變形，再在隨后的升溫引起的逆相變時刻再變形，并且部分或全部地轉變成原來母相的形狀，被稱之為雙向形狀記憶效應。

一般形狀記憶合金元件形變被溫度變化控制，導致其響應頻率較低，且提升困難。而磁性形狀記憶合金的馬氏體重排可以為磁場驅動，動作響應速度快，因此被廣泛用于各種“智能”型用途，如微機電器件等。

目前已經發現的磁性形狀記憶合金主要包括Ni-Mn-Ga，Ni-Mn-Sb，Ni-Fe-Ga等，但是這些材料的的相變溫度通常低于室溫，并且/或者脆性大，易于斷裂，從而限制了這類材料在工程技術上的應用，因此人們仍然在不斷地尋找新的具有更好性能的磁性形狀記憶材料。2006年，報道了成分為Ni₅₀Mn₂₅Ge₂₅的形狀記憶合金，預測該材料可能具有較高的相變溫度，但實驗表明成Heusler相的該材料只能通過薄膜生長方法在基片上得到薄膜，制備工藝復雜，成本高，且難以得到大塊材料。

發明內容

本發明的首要目的在于克服現有Ni₅₀Mn₂₅Ge₂₅合金的不足，提供一種Ni-Mn-Ge系具有磁性形狀記憶效應的材料，該材料相變溫度可以在較大的溫度范圍內變化，滿足不同應用環境的需要。同時其制備工藝與Ni₅₀Mn₂₅Ge₂₅薄膜相比更加簡便，利于大規模生產制造，可以得到適于不同應用環境的大塊材料。

本發明的技術方案為：

一種Ni-Mn-Ge系磁性形狀記憶合金，其化學式為：Ni_xMn_yGe_zM_a,M為主族元素或過渡族元素；其中，51<x<55，31<y<40，5<z<20,a<5，x+y+z+a=100，x、y、z、a表示原子百分比含量；所述的合金為單晶材料或多晶材料。

所述的主族元素為In、Sn、Sb、As或Si；

所述的過渡族元素為Ti、Fe或Co；

所述的Ni-Mn-Ge系磁性形狀記憶合金的制備方法，為以下兩種方法之任一，包括如下步驟：

方法一，多晶材料的制備：

（1）按化學式Ni_xMn_yGe_zM_a稱量原料，其中，51<x<55，31<y<40，5<z<20,a<5，x+y+z+a=100，x、y、z、a表示原子百分比含量；

（2）將稱好的料盛放在熔煉坩堝中，采用常規的電弧熔煉方法獲得Ni_xMn_yGe_zM_a磁性多晶，其熔煉條件為：在本底真空達到2×10^-3Pa以下時，通入氬氣，整個熔煉過程樣品采用氬氣保護，然后高溫均勻化處理3天，然后進行淬火以實現鑄錠成分均勻化；