專利名稱：具有相反轉(zhuǎn)化的控制終點和形狀記憶效應(yīng)的鎳錳鎵合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及形狀記憶合金，特別是涉及具有形狀記憶效應(yīng)的NiMnGa磁性合金。
通常，形狀記憶合金，如TiNi合金或CuZn合金呈現(xiàn)顯著的形狀記憶效應(yīng)和超彈性是已知的。
這種合金在比較高的溫度下具有奧氏體相，而在比較低的溫度下具有馬氏體相。由于該合金從較高的溫度到較低的溫度的溫降，合金相轉(zhuǎn)變或從奧氏體相轉(zhuǎn)變成馬氏體相。該相轉(zhuǎn)變叫做馬氏體轉(zhuǎn)變。另一方面，伴隨溫度升高的從馬氏體相到奧氏體相的另一種相反的相轉(zhuǎn)變叫做奧氏體轉(zhuǎn)變。由于奧氏體轉(zhuǎn)變是馬氏體轉(zhuǎn)變的相反的轉(zhuǎn)變，因此通常將其稱作相反轉(zhuǎn)變。
通過使該合金形成象在奧氏體相時的原形狀的形狀，然后使該原形狀不變形地冷卻列馬氏體相，該合金則從原形狀變形成馬氏體相時的所要求的形狀。此后，當(dāng)將此合金暴露到溫度升高并轉(zhuǎn)變成奧氏體時，此合金形狀從所要求的形狀變成原形狀。該合金通過溫度升高或相反轉(zhuǎn)變具有形狀恢復(fù)效應(yīng)。這意味著該合金記憶了原形狀，即該合金具有形狀記憶效應(yīng)。
在兩相轉(zhuǎn)變的溫度軸上，該合金具有馬氏體轉(zhuǎn)變的開始點和終點，它們分別被叫做Ms點和Mf點，該合金還有奧氏體的或相反轉(zhuǎn)變的開始點和終點，它們分別叫做As點和Af點。此兩個轉(zhuǎn)變在溫度軸上有一個滯后，所以，Ms點和Af點相互不重合且不同，Mf點和As點也相互不重合且彼此不同。
該形狀記憶合金及其它金屬通常具有在有限的應(yīng)力或叫做屈服點的應(yīng)變下的抗變形或應(yīng)變的彈性。該形狀記憶合金中的一種特殊合金具有在超過屈服點后突然顯出大的應(yīng)變，而當(dāng)去除應(yīng)力時從該應(yīng)變恢復(fù)到原無應(yīng)變狀態(tài)的特性。這種特性叫做超彈性。超彈性通常在Af點附近或正好在Af點上。
在其它合金中，做為具有最優(yōu)形狀記憶效應(yīng)的一種合金，并被廣泛用作，如房屋通風(fēng)裝置、空調(diào)器、電飯鍋和淋浴閥中的溫度敏感致動器的TiNi合金是已知的。TiNi合金也具有極好的超彈性，并被用作眼鏡框、醫(yī)療器械，如導(dǎo)管和移動電話的天線。
另一方面，作為隨著溫度降低和升高分別具有馬氏體轉(zhuǎn)變和相反轉(zhuǎn)變的磁性合金的Ni2MnGa合金是已知的。按照馬氏體和相反轉(zhuǎn)變，此Ni2MnGa合金已知有磁性變化。就是說，在Af點，通過溫度升高，因從低溫相變成Heusler型高溫相的相反轉(zhuǎn)變，它從順磁性變成鐵磁性。此Ni2MnGa合金的Af點約為-50℃。應(yīng)注意，該Af點不同于居里點，居里點作為在進一步溫度升高時，合金從鐵磁性變到順磁性的磁性變化點是已知的。所以，Ni2MnGa合金在Af點和居里點Tc之間的溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)鐵磁性，但是在其它溫度區(qū)域是順磁性。Ni2MnGa合金的居里點約為105℃。
但是，在目前還沒有找到轉(zhuǎn)變或控制Af點的技術(shù)。這樣，不可能使用Ni2MnGa合金作功能元件，例如作可在正常生活環(huán)境溫度，如-20～+50℃運行的溫度敏感磁性元件。
此外，Ni2MnGa合金被認為不具有形狀記憶效應(yīng)。
本發(fā)明的目的是提供NiMnGa合金，該合金在正常生活環(huán)境溫度下具有馬氏體轉(zhuǎn)變的相反轉(zhuǎn)變終點，因而它可用于溫度敏感元件。
按照本發(fā)明，提供一個由化學(xué)式Ni2+xMn1-xGa(0.10≤X≤0.30(摩爾))表示的NiMnGa合金，該合金在等于或大于-20℃溫度下具有馬氏體轉(zhuǎn)變的相反轉(zhuǎn)變的終點。
按照本發(fā)明的目標，該終點可在范圍為-20～50℃之間的溫度下與在范圍為60-85℃之間的溫度下的居里點一起選擇。
按照本發(fā)明的另一個目標，還提供了具有形狀記憶效應(yīng)的NiMnGa合金，該效應(yīng)是伴隨著因溫度變化而產(chǎn)生的馬氏體轉(zhuǎn)變和相反轉(zhuǎn)變的。
按照本發(fā)明的又一個目標，還可提供具有這樣特點的NiMnGa合金，在其中在馬氏體相的條件下因施以外磁場而引起相反轉(zhuǎn)變并由此引起形狀記憶。
現(xiàn)在，結(jié)合其特定的實施例就本發(fā)明的NiMnGa合金作詳細描述。
首先，簡要概述本發(fā)明NiMnGa合金。本發(fā)明基于發(fā)明人這樣的發(fā)現(xiàn)在該NiMnGa合金中，相反轉(zhuǎn)變的終點(Af)可在預(yù)定范圍內(nèi)的溫度下通過改變Ni和Mn的組成比而被轉(zhuǎn)變或控制。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)該NiMnGa合金顯現(xiàn)出伴隨著馬氏體轉(zhuǎn)變和相反轉(zhuǎn)變的形狀記憶效應(yīng)。
準確地說，本發(fā)明NiMnGa合金特征如下。在由化學(xué)式Ni2+xMn1-xGa表示的NiMnGa合金中，組成比參數(shù)X(mol)在0.10≤X≤0.30的范圍內(nèi)選擇。用該成分，相反轉(zhuǎn)變的終點Af可被選為在-20℃和50℃之間范圍內(nèi)合乎需要的溫度，而居里點Tc可被選為在60℃和85℃之間范圍內(nèi)合乎需要的溫度。而且發(fā)現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變的相反轉(zhuǎn)變可因?qū)υ揘i2+xMn1-xGa合金施以外加磁場而引起，并由此可完成形狀記憶。
所以，符合本發(fā)明的NiMnGa合金可期望被用于各種用途，例如在正常生活環(huán)境下的溫度和/或磁性敏感元件。
現(xiàn)在，專來敘述與其制造方法一起的本發(fā)明的NiMnGa合金的實施例。
首先，在由化學(xué)式Ni2+xMn1-xGa表示的NiMnGa合金中選擇如表1所示的各種不同的值作組成比參數(shù)X(mol)，然后通過混合合金料，由氬弧方法熔煉此混合料并鑄成合金錠來制備具有該成分的NiMnGa合金錠。此后，將各合金錠分別粉碎成NiMnGa合金粉末料。在250目的篩網(wǎng)下將這些NiMnGa粉料過篩，壓制成棒狀，并在800℃燒結(jié)48小時。這樣，獲得了10個棒狀的直徑5mm的試樣。
然后，測量這些棒狀試樣的Af點和居里溫度Tc。測量的結(jié)果與NiMnGa合金的具體成分一起示于表1。
表1
由表1可知，在比較例試樣No 1-3中，成分比參數(shù)X(mol)在0和0.05之間選擇。在這些試樣中，Af點范圍在-50℃和-33℃之間，而居里點Tc范圍在98℃和105℃之間。該Af點比正常生活環(huán)境溫度低得多。該居里點Tc也比正常生活環(huán)境溫度高。
在本發(fā)明實施例的試樣No. 4-8中，組成比參數(shù)X(mol)在0.10和0.30之間選擇。在這些試樣中，Af點范圍在-20℃和50℃之間，而居里溫度Tc范圍在57℃和85℃之間。這樣，Af點落在正常生活環(huán)境的溫度范圍內(nèi)。居里點Tc也落在高于，但接近正常生活環(huán)境溫度的溫度范圍內(nèi)。
此外，在作為比較例的試樣No. 9-10中，組成比參數(shù)X(mol)在0.40和0.50之間選擇。在這些試樣中，Af點范圍在-50℃和-30℃之間，而居里點Tc范圍在90℃和100℃之間。這樣，Af點比正常生活環(huán)境溫度低得多。居里點Tc比正常生活環(huán)境溫度高得多。
接著，通過使用液氮在約-200℃溫度下將這些試樣彎曲約10°角。此后，將所有試樣倒入比任何這些試樣的Af點溫度都高的約70℃的熱水中。然后，觀察形狀變化是否產(chǎn)生形狀記憶效應(yīng)。
結(jié)果，實施方案的試樣No. 4-8呈現(xiàn)出從彎曲角約10°的形狀恢復(fù)到角2-3°。另一方面，作為比較例的試樣No. 1-3和9-10不呈現(xiàn)顯著的形狀恢復(fù)。
在-200℃也將Af點在50℃溫度的試樣No. 5彎曲，并在約20℃的室溫下施加一個5T的外磁場，以便檢查是否因施加了該磁場而引起了相反轉(zhuǎn)變。結(jié)果，象上述情況一樣，觀察到了從10°彎曲角形狀恢復(fù)角2-3°。這樣可以確定在馬氏體相時通過施加磁場引起了相反轉(zhuǎn)變。
對于比較例試樣No. 3和符合本發(fā)明的實施例的試樣No. 4和8進行了類似的試驗，但在用干冰酒精溶液形成的約-60℃時進行該彎曲。結(jié)果，通過施加外磁場以相似的方式引起相反轉(zhuǎn)變，并觀察到形狀恢復(fù)，雖然恢復(fù)不充分。
從上述結(jié)果發(fā)現(xiàn)本發(fā)明實施例的試樣No. 4-8具有在正常生活環(huán)境溫度范圍內(nèi)的馬氏體轉(zhuǎn)變的相反轉(zhuǎn)變終點Λf，同時具有落在正常生活環(huán)境溫度附近之上的溫度范圍中居里點Tc。此外，試樣No. 4-8在馬氏體相溫度下通過施加外磁場而引起了相反轉(zhuǎn)變，呈現(xiàn)出形狀記憶效應(yīng)從而消除了先前在馬氏體相中引起的應(yīng)變。
權(quán)利要求
1.一種由化學(xué)式Ni2+xMn1-xGa(0.10≤X≤0.30(mol))表示的并在等于或大于-20℃溫度下具有馬氏體轉(zhuǎn)變的相反轉(zhuǎn)變的終點的NiMnGa合金。
2.權(quán)利要求1的NiMnGa合金，其中所述的相反轉(zhuǎn)變終點選在-20℃和50℃范圍內(nèi)的溫度，并在60℃和85℃的范圍內(nèi)的溫度選擇居里點。
3.權(quán)利要求2的NiMnGa合金，它具有伴隨著溫度變化而產(chǎn)生的馬氏體轉(zhuǎn)變和相反轉(zhuǎn)變的形狀記憶效應(yīng)。
4.權(quán)利要求2的NiMnGa合金，其特征在于所述相反轉(zhuǎn)變是在馬氏體相條件下通過施加外磁場而引起的，由此產(chǎn)生了形狀恢復(fù)。
全文摘要
在由化學(xué)式Ni
文檔編號C22C1/04GK1193662SQ97113250
公開日1998年9月23日 申請日期1997年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月19日
發(fā)明者松本實, 谷順二, 高木敏行, 山內(nèi)清 申請人:株式會社東金