專利名稱：一種磁性形狀記憶合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁性形狀記憶合金及其制備方法，屬于金屬合金材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的形狀記憶合金因具有較大的可逆應(yīng)變已成為當(dāng)前最有應(yīng)用前景的驅(qū)動(dòng)材料，其形狀記憶效應(yīng)和偽彈性目前已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。而磁性形狀記憶合金除具有傳統(tǒng)記憶合金的一般特點(diǎn)外，還可在外磁場(chǎng)作用下輸出較大應(yīng)變和高響應(yīng)頻率。當(dāng)前研究較廣泛的磁驅(qū)動(dòng)記憶合金主要包括=Ni-Mn-Ga(Al)，Ni-Fe-Ga, Co-Ni-Ga(Al)以及新型的Ni-Mn-In (Sn, Sb)合金。Ni-Mn-Ga基合金是發(fā)現(xiàn)最早、也是目前研究最為廣泛的磁形狀記憶合金，其磁感生應(yīng)變來源于外磁場(chǎng)作用下馬氏體孿晶變體重排產(chǎn)生的宏觀應(yīng)變，具有此種變形機(jī)制的合金獲得大磁感生應(yīng)變的關(guān)鍵是具有高的磁晶各向異性能和低的孿晶界移動(dòng)臨界應(yīng)力。目前在Ni-Mn-Ga系列合金中，單晶最大可逆應(yīng)變量達(dá)到10%，但由于變體重排所產(chǎn)生的輸出應(yīng)力較小，僅為2MPa左右，難以滿足實(shí)際工程的應(yīng)用要求。近期，新型磁驅(qū)動(dòng) 記憶合金系Ni-Mn-X(X=In, Sn, Sb)引起各國研究者的注意。該系列Heulser合金在偏離化學(xué)計(jì)量比時(shí)具有熱彈性馬氏體相變，在一定的成分范圍內(nèi)或摻雜鐵磁元素Co后實(shí)現(xiàn)了真正意義上的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)相變，產(chǎn)生宏觀應(yīng)變，該系列合金磁感生應(yīng)變的本質(zhì)是馬氏體相與母相具有較大的飽和磁化強(qiáng)度差，在外磁場(chǎng)作用下合金相變溫度顯著降低，在一定溫度范圍內(nèi)施加外磁場(chǎng)則可使其發(fā)生馬氏體逆相變從而具有形狀記憶效應(yīng)，并輸出較大的應(yīng)力。但是Ni-Mn-In合金體系仍存在脆性大，磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)相變的門檻值高，居里溫度低等缺陷，在一定程度上限制其實(shí)際應(yīng)用。所以如何提高磁場(chǎng)生應(yīng)變，降低磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)門檻值，改善合金機(jī)械性能，獲得大的磁熵變和巨磁阻效應(yīng)，已成為記憶合金應(yīng)用和發(fā)展的主要研究方向。合金化可以顯著改變合金相變溫度并改善其機(jī)械性能和物理性能。因此通過在Ni-Mn-In三元合金中用摻雜稀土元素Gd替代部分In元素來改善合金力學(xué)性能并提高磁學(xué)性能的有效方法之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種磁性形狀記憶合金，其合金的化學(xué)組成按原子百分比為45.4份附、41.5份胞、11. I份In和2份Gd ;其合金的斷裂強(qiáng)度為2201MPa，馬氏體開始相變溫度為557°C。本發(fā)明的另一目的在于提供上述磁性形狀記憶合金的制備方法，所述方法包括如下步驟①將Ni、Mn、In和Gd按照設(shè)定的原子百分比放入真空非自耗電極電弧爐中；其中，放置順序從上到下依次為Ni、In、Gd、Mn ；②惰性氣體保護(hù)下，150(Tl60(rC的條件下電弧熔煉15 20min，用丙酮清洗熔煉后的金屬塊體；然后封入真空度為KT1Pa的石英管中，在900°C的條件下保溫12h再淬入水中；即得到高溫高塑性Ni4HMni5In1UGd2磁性形狀記憶合金。
本發(fā)明的上述制備方法中，惰性氣體優(yōu)選為氬氣。本發(fā)明的上述制備方法中的任一技術(shù)方案，步驟②中丙酮清洗前還包括對(duì)熔煉后的金屬塊體表面除雜質(zhì)的步驟；本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，可通過機(jī)械拋光去除表面雜質(zhì)。 本發(fā)明在熔煉前將真空非自耗電極 電弧爐的真空達(dá)到5 X IO-3Pa后，再通入惰性氣體到2X10_2Pa，進(jìn)行熔煉；且在熔煉過程中，熔煉電流不能超過100A。本發(fā)明具有以下有益效果I、本發(fā)明制備的Ni45.4Mn4L5In1L!Gd2合金斷裂強(qiáng)度在220IMPa,比現(xiàn)有Ni45.4Mn41. Jn1^1Gdai 合金提高約 1820MPa ；2、本發(fā)明制備的Ni4^Mn4h5In1UGd2合金的馬氏體開始相變溫度為557°C，比現(xiàn)有Ni45.^n^InmGd。」合金提高了約200°C，并且其相變滯后約為150°C ；3、對(duì)本發(fā)明制備的合金進(jìn)行斷裂應(yīng)變的測(cè)試，結(jié)果本發(fā)明制備的合金的斷裂應(yīng)變?yōu)楝F(xiàn)有Ni45.4Mn4L4In13. M.工合金的斷裂應(yīng)變提高了 200%,說明本發(fā)明制備的Ni45.4Mn41.5In1L1Gd2 合金韌性大。


本發(fā)明附圖2幅，圖I 為 Ni45.4Mn4L5In1L1Gd2 合金和現(xiàn)有 Ni45.4Mn41.4In13.fd。.丨合金的 DSC 曲線圖；其中，I為現(xiàn)有Ni45.4Mn41. Jn1^Gdai合金的加熱測(cè)得的DSC曲線，2為現(xiàn)有Ni45.4Mn4L4In13. M. i合金的冷卻測(cè)得的DSC曲線；3為Ni45.4Mn41.5In1L M合金加熱測(cè)得的DSC曲線，4為Ni45.4Mn41.5In1L1Gd2合金冷卻測(cè)得的DSC曲線；圖2為Ni45.4Mn41.5In1L M合金和現(xiàn)有Ni45.4Mn4L4In13. M.:合金的室溫壓縮應(yīng)力和應(yīng)變曲線；其中，I為現(xiàn)有Ni45.4Mn41.4In13. M.工合金的壓縮曲線，2為Ni45.4Mn41.5In1L M合金的壓縮曲線。
具體實(shí)施例方式下述非限制性實(shí)施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。本發(fā)明所使用的真空非自耗電極電弧爐購自于沈陽科技儀器責(zé)任有限公司。實(shí)施例I按照原子百分比稱取45. 4份的Ni、41. 5份的Mn、11. I份的In和2份的Gd放入真空非自耗電極電弧爐中，其中，放置順序從上到下依次為Ni、In、Gd、Mn ;在氬氣保護(hù)下、100A熔煉電流條件下電弧熔煉20min，在用水冷銅坩鍋底部的裝置吸鑄成O IOmmX 75mm的棒狀試樣，然后機(jī)械拋光，用丙酮清洗合金棒體，然后放入真空度為l(T2Pa的石英管中在900°C的條件下保溫12h，再淬入水中；即得到高溫高塑性Nii4Mn4h5In1UGd2磁性形狀記憶
I=I -Wl o將本實(shí)施例制備的高溫高塑性Ni45.4Mn41.5In1L !Gd2合金與Ni45.4Mn4L4In13. !Gd0. i合金分別在升溫速度為10K/min的條件下測(cè)得加熱DSC曲線，在降溫速度10K/min的條件下測(cè)得冷卻DSC曲線，結(jié)果如圖I所示。通過圖中的DSC曲線可以看出在本實(shí)施例制備的高溫高塑性Nii4Mn4h5In1UGd2合金在加熱和冷卻的DSC曲線上都只有一個(gè)吸熱和放熱峰，說明高溫高塑性Ni45.4Mn4L5In1L1Gd2合金和Ni45. ^n4h4In1UGdai合金一樣都具有同Ni-Mn-In三元合金一樣的熱彈性馬氏體相變特征。
將本實(shí)施例制備的Ni45.4Mn41.5In1L M合金和現(xiàn)有Ni45.4Mn4L4In13. M.:合金進(jìn)行斷裂強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖2所示，本實(shí)施例制備的Ni45Jn4Uln1UGd2合金的斷裂強(qiáng)度比Ni45.4Mn41.4In13. M.:提高了約6倍，斷裂應(yīng)變比Ni45.4Mn4L4In13. M.:提高了 2倍。
權(quán)利要求
1.一種磁性形狀記憶合金，其合金的化學(xué)組成按原子百分比為45. 4份Ni、41. 5份Mn、11.I 份 In 和 2 份 Gd ; 其合金的斷裂強(qiáng)度為2201MPa，馬氏體開始相變溫度為557°C。
2.權(quán)利要求I所述的磁性形狀記憶合金的制備方法，包括如下步驟 ①將Ni、Mn、In和Gd按照設(shè)定的原子百分比放入真空非自耗電極電弧爐中；其中，放置順序從上到下依次為Ni、In、Gd、Mn ； ②惰性氣體保護(hù)下，150(Tl60(rC的條件下電弧熔煉15 20min，用丙酮清洗熔煉后的金屬塊體；然后封入真空度為KT1Pa的石英管中，在900°C的條件下保溫12h再淬入水中；SP得到高溫高塑性Ni45.4Mn41. JnlhlGd2磁性形狀記憶合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性形狀記憶合金的制備方法，其特征在于步驟②中所述惰性氣體為IS氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性形狀記憶合金的制備方法，其特征在于步驟②中丙酮清洗前還包括對(duì)熔煉后的金屬塊體表面除雜質(zhì)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁性形狀記憶合金，其合金的化學(xué)組成按原子百分比為45.4份Ni、41.5份Mn、11.1份In和2份Gd；其合金的斷裂強(qiáng)度為2201MPa，馬氏體開始相變溫度為557℃。本發(fā)明制備的合金斷裂強(qiáng)度在2201MPa，比現(xiàn)有Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1合金提高約1820MPa；合金的馬氏體開始相變溫度為557℃，比現(xiàn)有Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1合金提高了約200℃，并且其相變滯后約為150℃；合金的斷裂應(yīng)變?yōu)楝F(xiàn)有Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1合金的斷裂應(yīng)變提高了200%，本發(fā)明制備的Ni45.4Mn41.5In11.1Gd2合金韌性大。
文檔編號(hào)C22C1/02GK102719721SQ201210203439
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者孫娜, 張宏劍, 張秀玲, 董桂馥 申請(qǐng)人:大連大學(xué)