本發(fā)明屬于形狀記憶材料領(lǐng)域，涉及一種具有磁場可控變形的稀土磁性材料及其制備方法。

背景技術(shù)：
近年來，磁控形狀記憶合金由于具有快速響應頻率和大磁致應變，使得它在高靈敏度磁制動器和傳感器領(lǐng)域具有很大的潛在應用價值。目前，針對磁控形狀記憶合金的研究主要集中在幾個體系中，如鎳錳鎵合金，鈷鎳鎵合金，鎳鋁氟合金，鎳錳鋁合金和鎳鈷鋁合金等。與其他磁控記憶合金相比，鎳鈷鋁合金有許多的優(yōu)點，例如良好的延展性，大的磁各向異性和低生產(chǎn)成本。通常，鎳鈷鋁合金微觀組織在有效成分范圍內(nèi)是以β+γ雙相形式存在。而在多晶鎳鈷鋁中的β相是脆性相，具有硬脆性質(zhì)，在低于相轉(zhuǎn)變溫度的條件下，合金中的β相會發(fā)生馬氏體相變，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袩釓椥缘鸟R氏體孿晶。馬氏體孿晶片在外磁場的作用下會發(fā)生定向遷移最終形成宏觀應變。與之相反，γ相為韌性相，它的存在顯著提高了合金的延展性。因此，雙相結(jié)構(gòu)的鎳鈷鋁合金完美地避免了其他磁控形狀記憶合金的多晶極端脆性問題。但是，在鎳鈷鋁合金體系中，較低的飽和磁化強度和磁晶各向異性造成合金的磁控形狀記憶恢復率較低，因此期望開發(fā)出一種新型具有良好磁性能的磁控形狀記憶合金來實現(xiàn)其工業(yè)推廣與應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種具有室溫及高于室溫條件下外磁場控制產(chǎn)生微變形能力的磁場可控變形的稀土磁性材料，同時提供一種該材料的制備方法。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的制備具有磁場可控變形的稀土磁性材料的方法，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Tb置于坩堝中真空熔煉，其中，27≤x≤45，20≤y≤31，20≤z≤34.5，0.5≤j≤8，x+y+z+j＝100，其熔煉條件為：a.1×10-2MPa到1×10-3MPa的低真空狀態(tài)；b.熔煉溫度為1400～1550℃；c.熔煉過程采用磁攪拌；d.熔煉時間為0.2～0.3小時；然后將上述真空熔煉得到的合金錠進行真空磁場熱處理，處理條件為：溫度550～650℃；時間：18～36小時；真空度：1×10-2～1×10-3MPa；施加磁場強度：5×105～5×107A·m-1；磁場上升速率為：800～1000A·m-1·s-1；隨后隨爐冷卻，冷卻速度范圍為：0.01～1℃/秒；磁場降低速率為：1000～10000A·m-1·s-1；待冷卻至室溫取出即得到最終的稀土磁性材料。本發(fā)明的具有磁場可控變形的稀土磁性材料，由上述方法制備得到，化學式為：CoxNiyAlzTbj；其中，27≤x≤45，20≤y≤31，20≤z≤34.5，0.5≤j≤8，x+y+z+j＝100，x、y、z、j表示摩爾百分比含量；稀土Tb在Co-Ni-Al合金中富Co的第二相中析出，并與Co元素生成金屬間化合物Co5Tb，Co-Ni-Al合金的γ和β相中Co原子含量比例下降。本發(fā)明材料具有室溫及高于室溫條件下外磁場控制產(chǎn)生微變形的能力，是一種可在室溫及高于室溫條件下由外磁場變化驅(qū)動馬氏體孿晶界遷移產(chǎn)生應變的新型稀土磁控形狀記憶合金。本發(fā)明磁性材料析出的金屬間化合物兼具良好的力學性能和磁性性能的特征。有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：本發(fā)明提出了一種具有磁場可控變形的稀土磁性材料，該合金相對于其他磁控形狀記憶合金在第二相中析出兼有磁性能和力學性能良好的Co-Tb金屬間化合物，在保持第二相力學性能同時大大的提高了其磁性能，使合金具有較大的磁致應變，較高的磁致應變溫度范圍以及良好的力學性能等優(yōu)點。本發(fā)明的磁場可控變形的稀土磁性材料，具有室溫及高于室溫條件下外磁場控制產(chǎn)生微變形的能力，是一種可在室溫及高于室溫條件下由外磁場變化驅(qū)動馬氏體孿晶界遷移產(chǎn)生應變的一種新型稀土磁控形狀記憶合金。本發(fā)明稀土磁性材料與現(xiàn)有材料相比，在第二相中析出兼有磁性能和力學性能良好的Co-Tb金屬間化合物，在保持第二相力學性能同時大大的提高了其磁性能，使合金具有較寬的磁致應變溫度范圍，較大的磁致應變量以及良好的力學性能。(1)：較大的磁致應變：稀土元素Tb在Co-Ni-Al三元合金中的固溶度比較低，當Tb含量為0.5％～8％時，稀土Tb會在在Co-Ni-Al合金中富Co的第二相中析出，并與Co元素生成金屬間化合物Co5Tb，該金屬間化合物具有較強磁性，能夠大幅提高合金的磁性性能，使合金在外磁場作用下更容易發(fā)生孿晶界的遷移產(chǎn)生較大的磁致應變。(2)：較高的磁致應變溫度范圍：當Tb含量為0.5％～8％時，在合金富Co第二相中會有大量金屬間化合物Co5Tb析出，使得合金其他相中Co原子含量比例下降。隨著合金其他相中Co原子比例下降，合金的馬氏體相變溫度和居里溫度會逐漸上升，擴大了鐵磁性孿晶馬氏體存在的溫度范圍，在外磁場作用下鐵磁性孿晶馬氏體會發(fā)生孿晶界的遷移產(chǎn)生磁致應變，從而使合金擁有較高的磁致應變溫度范圍。(3)：提升力學性能：本發(fā)明的磁性材料相組成隨著Tb在0.5％～8％含量的變化而發(fā)生改變。其具有韌性特征的析出相在晶界處析出并隨著Tb含量增加而明顯升高，大大的提高了合金的力學性能。(4)：制備方法：本發(fā)明采用真空坩堝熔煉，在熔煉過程中，由于體系呈真空狀態(tài)，避免了合金因表面氧化而降低其力學和磁學性能。與傳統(tǒng)方法相比，該方法還具有使合金內(nèi)部熔煉缺陷向表面聚集的效果使材料的加工性能增強，例如孔洞等。熔煉溫度在1400～1550℃之間，熔煉時間為0.2～0.3小時，既保證了純金屬有足夠的時間和溫度融化成合金錠，又可以保證在隨后水冷過程中能夠形成金屬間化合物Co5Tb；同時避免溫度過高、時間過長發(fā)生合金成分燒損。(5)：熱處理方法：熱處理采用真空磁場熱處理，一方面可以有效地避免合金在高溫熱處理過程中表面氧化造成其力學性能及磁學性能的降低，例如：氧化后的合金磁質(zhì)應變會大大降低以及馬氏體相變溫度的改變。另一方面可以通過施加磁場強度5×06～5×107A·m-1，磁場上升速率為1000～1500A·m-1·s-1的磁場熱處理，使合金中的磁性磁疇對出現(xiàn)方向有序，從而引起感生各向異性，提高合金的磁晶各向異性，而又不會因磁場強度和磁場上升速率過大而發(fā)生磁疇分散的現(xiàn)象。隨后采用隨爐冷卻并緩慢卸除磁場，一方面可以通過緩慢冷卻降低合金的內(nèi)應力，另一方面可以在冷卻過程中始終保持合金中磁疇的方向擇優(yōu)性。綜上所述，本發(fā)明提出了一種具有磁場可控變形的稀土磁性材料，該合金相對于其他磁控形狀記憶合金具有較大的磁致應變，較高的磁致應變溫度范圍以及良好的力學性能等優(yōu)點。附圖說明圖1是本發(fā)明CoxNiyAlzTbj合金在室溫下SEM圖；具體實施方式下面通過實施例對本發(fā)明作進一步地說明。圖1是本發(fā)明CoxNiyAlzTbj合金在室溫下SEM圖，加速電壓為2.0kV，束斑尺寸3.0，工作距離7.9mm，成像模式：二次電子像，放大倍數(shù)8000倍；實施例1：制備組成為Co31Ni29Al33Tb7的具有磁場可控變形的形狀記憶合金，其制備方法如下：(1)分別稱量純度為99.9％的Co、Ni、Al、Tb；(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.1×10-2MPa的真空狀態(tài)；b.熔煉溫度為1400℃；c.熔煉過程采用磁攪拌；d.熔煉時間為0.3小時。(3)將上述熔煉好的合金錠進行真空磁場熱處理，處理條件為：溫度650℃；時間：18小時；真空度：1×10-3Mpa；施加磁場強度：5×107A·m-1。(4)隨后隨爐冷卻，冷卻速度范圍為：0.01℃/秒；磁場降低速率為：1000A·m-1·s-1；待冷卻至室溫取出即得到最終的形狀記憶合金。將上述方法制備的多晶樣品用線切割切出5×5×8mm的樣品進行檢測各種特性曲線。實施例2：制備組成為Co45Ni20Al34.5Tb0.5的具有磁場可控變形的形狀記憶合金，其制備方法如下：(1)分別稱量純度為99.9％的Co、Ni、Al、Tb；(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.7×10-3MPa的真空狀態(tài)；b.熔煉溫度為1500℃；c.熔煉過程采用磁攪拌；d.熔煉時間為0.25小時。(3)將上述熔煉好的合金錠進行真空磁場熱處理，處理條件為：溫度600℃；時間：24小時；真空度：6×10-3Mpa；施加磁場強度：1×107A·m-1。(4)隨后隨爐冷卻，冷卻速度范圍為：0.3℃/秒；磁場降低速率為：5000A·m-1·s-1；待冷卻至室溫取出即得到最終的形狀記憶合金。將上述方法制備的多晶樣品用線切割切出5×5×8mm的樣品進行檢測各種特性曲線。實施例3：制備組成為Co27Ni31Al34Tb8的具有磁場可控變形的形狀記憶合金，其制備方法如下：(1)分別稱量純度為99.9％的Co、Ni、Al、Tb；(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.1×10-3MPa的真空狀態(tài)；b.熔煉溫度為1550℃；c.熔煉過程采用磁攪拌；d.熔煉時間為0.2小時。(3)將上述熔煉好的合金錠進行真空磁場熱處理，處理條件為：溫度550℃；時間：36小時；真空度：1×10-3Mpa；施加磁場強度：5×107A·m-1。(4)隨后隨爐冷卻，冷卻速度范圍為：1℃/秒；磁場降低速率為：10000A·m-1·s-1；待冷卻至室溫取出即得到最終的形狀記憶合金。將上述方法制備的多晶樣品用線切割切出5×5×8mm的樣品進行檢測各種特性曲線，見表1。表1不同成分的CoxNiyAlzCej材料的馬氏體相變溫度、居里溫度和磁性參數(shù)成分以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和等同形式的替換，這些改進和等同替換得到的技術(shù)方案也應屬于本發(fā)明的保護范圍。