具有磁場驅(qū)動馬氏體孿晶重排的磁性材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有磁場驅(qū)動馬氏體孿晶重排的磁性材料及其制備方法，該材料具有鐵磁性和雙向形狀記憶效應(yīng)，是一種可由外磁場驅(qū)動馬氏體孿晶重排產(chǎn)生宏觀應(yīng)變的新型磁控形狀記憶合金，化學(xué)成分為：CoxNiyAlzGaj；其中，28≤x≤42，25≤y≤32，23≤z≤35，0.5≤j≤10，x+y+z+j=100，x、y、z、j表示摩爾百分比含量。本發(fā)明磁控形狀記憶合金CoxNiyAlzGaj與現(xiàn)有合金相比，具有較大的磁致應(yīng)變，較寬的馬氏體相變溫度范圍以及良好的力學(xué)性能，可在大功率水下聲納、微位移器、震動和噪聲控制、線性馬達(dá)、微波器件、機(jī)器人等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
【專利說明】具有磁場驅(qū)動馬氏體孿晶重排的磁性材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磁控形狀記憶材料領(lǐng)域，涉及一種可由外磁場驅(qū)動馬氏體孿晶重排產(chǎn)生宏觀應(yīng)變的磁控形狀記憶合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]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(tǒng)形狀記憶合金受溫度場控制的熱彈性形狀記憶效應(yīng)，還具有受磁場控制的磁性形狀記憶效應(yīng)。因此，該合金兼有大恢復(fù)應(yīng)變、大輸出應(yīng)力、高響應(yīng)頻率和可通過外磁場微變化實現(xiàn)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(yīng)變約為10%，最高響應(yīng)頻率可達(dá)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(dá)、微波器件、機(jī)器人等領(lǐng)域有重要應(yīng)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(qū)動與傳感于一體的材料。但常規(guī)磁控形狀記憶合金存在單晶偏析嚴(yán)重，多晶韌性差，可重復(fù)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(yīng)用。[0003]磁控形狀記憶合金表現(xiàn)為:當(dāng)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(tài)下施加一定的外加磁場，樣品發(fā)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(fù)至原始形狀。因此，磁控形狀記憶效應(yīng)的微觀機(jī)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(dǎo)致材料的力學(xué)性能不足，難以實現(xiàn)工業(yè)推廣。因此期望磁控形狀記憶合金具有較好的力學(xué)性能、室溫馬氏體相變溫度和較大的磁致應(yīng)變能力來實現(xiàn)其工業(yè)推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種具有鐵磁性和雙向形狀記憶效應(yīng)，具有較大的磁致應(yīng)變，較寬的馬氏體相變溫度范圍以及良好力學(xué)性能的具有磁場驅(qū)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。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的制備具有磁場驅(qū)動馬氏體孿晶重排的磁性材料的方法，包括以下步驟:
[0006]首先將摩爾百分比X%的Co、y %的N1、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≤ΙΟ,χ+y+z+j = 100，其熔煉條件為:a.1X 10_3到IX KT5MPa的真空狀態(tài)；b.熔煉溫度為1300~1500°C ；c.熔煉過程采用磁攪拌；d.熔煉時間為0.5~2小時；
[0007]然后將上述真空熔煉得到的合金錠進(jìn)行真空退火處理，處理條件為:溫度550~12000C ;時間:0.5 ~100 小時；真空度:1Χ10-2 ~IXKT3MPa ；
[0008]最后，以0.01~1000°C /秒的降溫速度冷卻至室溫，即得到最終的磁性材料。
[0009]本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，坩堝為水冷坩堝。
[0010]本發(fā)明的具有磁場驅(qū)動馬氏體孿晶重排的磁性材料，是根據(jù)上述方法制備得到，組分為 CoxNiyAlzGap[0011]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0012]本發(fā)明的磁性材料具有較大的成分范圍，其原子組分為=CoxNiyAlzGay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(fā)明的磁性材料與現(xiàn)有材料相比，具有以下優(yōu)點:
[0013]其在外磁場作用下能夠獲得較大的磁致應(yīng)變，傳統(tǒng)多晶磁控形狀記憶合金磁致應(yīng)變量較小，而該合金在外磁場作用下可以達(dá)到3%。的變形量。
[0014]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°C~270°C。
[0015]在二元N1-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(xué)性能，能夠大幅提高CoxNiyAlzGaj合金的磁性以及力學(xué)性能，改善了磁控形狀記憶合金的多晶脆性。
[0016]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,含招量高,合金成本有所降低。
[0017]綜上所述，本發(fā)明提出了一種CoxNiyAlzGaj新型磁控形狀記憶合金，是一種可由外磁場驅(qū)動馬氏體孿晶重排產(chǎn)生宏觀應(yīng)變的新型磁控形狀記憶合金。該合金相對于其他磁控形狀記憶合金具有較大的磁致應(yīng)變，較寬的馬氏體相變溫度范圍以及良好的力學(xué)性能等優(yōu)點。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明CoxNiyAlzGaj合金在室溫下馬氏體孿晶形態(tài)；
[0019]圖2是本發(fā)明CoxNiyAlzGaj合金磁場驅(qū)動下的應(yīng)變_磁場曲線；
[0020]圖3是本發(fā)明CoxNiyAlzGaj合金壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面通過實施例來對本發(fā)明作進(jìn)一步具體說明。
[0022]實施例1:
[0023]制備組成為Co42Ni32Al25.5Gaa5的具有磁場驅(qū)動孿晶馬氏體變形的磁性合金，其制備方法如下:
[0024](I)分別稱量純度為 99.9% 的 Co、N1、Al、Ga ；
[0025](2)將稱量好的原料盛放在坩堝中，采用真空熔煉，其熔煉條件為:a.1XlO-3的真空狀態(tài)；b.熔煉溫度為1300°C ；c.熔煉過程采用磁攪拌；d.熔煉時間為0.5小時。
[0026](3)將上述熔煉好的合金錠進(jìn)行真空退火處理，處理條件為:溫度550°C ;時間:100小時；真空度:lX10_2MPa。然后再以隨爐冷卻至室溫。
[0027]將上述方法制備的多晶樣品用線切割切出5X5X8mm的樣品進(jìn)行檢測各種特性曲線。
[0028]實施例2:
[0029]制備組成為Co4tlNi3tlAl23Ga7的具有磁場驅(qū)動孿晶馬氏體變形的磁性合金，其制備方法如下:
[0030](I)分別稱量純度為 99.9% 的 Co、N1、Al、Ga ；[0031](2)將稱量好的原料盛放在坩堝中，采用真空熔煉，其熔煉條件為:a.1 X IO-4的真空狀態(tài)；b.熔煉溫度為1400°C ；c.熔煉過程采用磁攪拌；d.熔煉時間為1.5小時。
[0032](3)將上述熔煉好的合金錠進(jìn)行真空退火處理，處理條件為:溫度800°C ;時間:70小時；真空度:5X10_2MPa。然后再以隨爐冷卻至室溫。
[0033]將上述方法制備的多晶樣品用線切割切出5X5X8mm的樣品進(jìn)行檢測各種特性曲線。
[0034]實施例3:
[0035]制備組成為Co28Ni3ciAl32Galtl的具有磁場驅(qū)動孿晶馬氏體變形的磁性合金，其制備方法如下:
[0036](I)分別稱量純度為 99.9% 的 Co、N1、Al、Ga ；
[0037](2)將稱量好的原料盛放在坩堝中，采用真空熔煉，其熔煉條件為:a.1XlO-5的真空狀態(tài)；b.熔煉溫度為1500°C ；c.熔煉過程采用磁攪拌；d.熔煉時間為2小時。
[0038](3)將上述熔煉好的合金錠進(jìn)行真空退火處理，處理條件為:溫度1000°C ;時間:24小時；真空度:lX10_3MPa。然后再以隨爐冷卻至室溫。
[0039]將上述方法制備的多晶樣品用線切割切出5X5X8mm的樣品進(jìn)行檢測各種特性曲線。
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種制備具有磁場驅(qū)動馬氏體孿晶重排的磁性材料的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 首先將摩爾百分比χ%的Co、y%的N1、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 X 10_3到I X KT5MPa的真空狀態(tài)；b.熔煉溫度為130(Tl500°C ；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(jìn)行真空退火處理，處理條件為:溫度55(T120(TC ；時間:0.5~100小時；真空度= IXlO^lX IO^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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備具有磁場驅(qū)動馬氏體孿晶重排的磁性材料的方法，其特征在于，所述坩堝為水冷坩堝。
3.一種具有磁場驅(qū)動馬氏體孿晶重排的磁性材料，其特征在于，該磁性材料根據(jù)權(quán)利要求I或2所述方法制備得到,組分為CoxNiyAlzGap
【文檔編號】C22F1/02GK103952615SQ201410182803
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】薛烽, 巨佳, 周健, 白晶, 孫揚善, 歷虹, 孫晶晶, 嚴(yán)木香 申請人:東南大學(xué)