[發明專利]具有磁場驅動馬氏體孿晶重排的磁性材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410182803.3
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103952615A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 薛烽;巨佳;周健;白晶;孫揚善;歷虹;孫晶晶;嚴木香
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22F1/02
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明屬于磁控形狀記憶材料領域，涉及一種可由外磁場驅動馬氏體孿晶重排產生宏觀應變的磁控形狀記憶合金及其制備方法。

背景技術

磁控形狀記憶合金是一類新型形狀記憶材料，它不但具有傳統形狀記憶合金受溫度場控制的熱彈性形狀記憶效應，還具有受磁場控制的磁性形狀記憶效應。因此，該合金兼有大恢復應變、大輸出應力、高響應頻率和可通過外磁場微變化實現變形精確控制的綜合特性。目前磁控形狀記憶合金的最大磁致應變約為10％，最高響應頻率可達5000Hz，這樣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，有望成為繼壓電陶瓷和磁致伸縮材料之后的新一代集驅動與傳感于一體的材料。但常規磁控形狀記憶合金存在單晶偏析嚴重，多晶韌性差，可重復性能不理想和居里點偏低等缺陷，極大阻礙該合金的研究和應用。

磁控形狀記憶合金表現為：當一定形狀的母相樣品冷卻至馬氏體相變溫度以下形成馬氏體后，在馬氏體狀態下施加一定的外加磁場，樣品發生一定的形變，隨著外加磁場的卸除，伴隨馬氏體孿晶界面的逆向推移，材料會自動回復至原始形狀。因此，磁控形狀記憶效應的微觀機制依賴于合金的微觀組織，即孿晶馬氏體的形成。但是，純粹的馬氏體組織又會導致材料的力學性能不足，難以實現工業推廣。因此期望磁控形狀記憶合金具有較好的力學性能、室溫馬氏體相變溫度和較大的磁致應變能力來實現其工業推廣。

發明內容

技術問題：本發明提供一種具有鐵磁性和雙向形狀記憶效應，具有較大的磁致應變，較寬的馬氏體相變溫度范圍以及良好力學性能的具有磁場驅動馬氏體孿晶重排的磁性材料，同時提供一種該材料的制備方法。

技術方案：本發明的制備具有磁場驅動馬氏體孿晶重排的磁性材料的方法，包括以下步驟：

首先將摩爾百分比x％的Co、y％的Ni、z％的Al、j％的Ga置于坩堝中真空熔煉，其中，28≤x≤42，25≤y≤32，23≤z≤35，0.5≤j≤10，x+y+z+j＝100，其熔煉條件為：a.1×10^-3到1×10^-5MPa的真空狀態；b.熔煉溫度為1300～1500℃；c.熔煉過程采用磁攪拌；d.熔煉時間為0.5～2小時；

然后將上述真空熔煉得到的合金錠進行真空退火處理，處理條件為：溫度550～1200℃；時間：0.5～100小時；真空度：1×10^-2～1×10^-3MPa；

最后，以0.01～1000℃/秒的降溫速度冷卻至室溫，即得到最終的磁性材料。

本發明方法的優選方案中，坩堝為水冷坩堝。

本發明的具有磁場驅動馬氏體孿晶重排的磁性材料，是根據上述方法制備得到，組分為Co_xNi_yAl_zGa_j。

有益效果：本發明與現有技術相比，具有以下優點：

本發明的磁性材料具有較大的成分范圍，其原子組分為：Co_xNi_yAl_zGa_j；其中，28≤x≤42，25≤y≤32，23≤z≤35，0.5≤j≤10，x+y+z+j＝100，x、y、z、j表示原子百分比含量。本發明的磁性材料與現有材料相比，具有以下優點：

其在外磁場作用下能夠獲得較大的磁致應變，傳統多晶磁控形狀記憶合金磁致應變量較小，而該合金在外磁場作用下可以達到3‰的變形量。

其馬氏體相變溫度可以通過改變Co，Ni，Al，Ga的組成配比而改變，同時其具有較寬的相變溫度范圍：-130℃～270℃。

在二元Ni-Ga相圖中，富Co，Ni端可以生成金屬間化合物Ga₃Ni₅，該金屬間化合物具有良好磁性和力學性能，能夠大幅提高Co_xNi_yAl_zGa_j合金的磁性以及力學性能，改善了磁控形狀記憶合金的多晶脆性。

降低成本，相對于其他磁控形狀記憶合金來說，該合金含Ga量少，含鋁量高，合金成本有所降低。