CN101220448B - 一种增韧磁性形状记忆合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种增韧磁性形状记忆合金的制备方法，它涉及一种磁性形状记忆合金的制备方法。本发明解决了现有磁性形状记忆合金Ni-Mn-Ga存在脆性大、强度低、驱动磁场门槛值高的问题。本发明的增韧磁性形状记忆合金按如下步骤进行制备：按照摩尔份数比取料、电弧熔炼、清洗、保温、淬入水中，即得到增韧磁性形状记忆合金Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5。本发明制备的磁性形状记忆合金Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5具有韧性大、强度大、驱动磁场门槛值低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁性形状记忆合金的制备方法。
背景技术
磁性形状记忆合金Ni-Mn-Ga(如Ni53Mn23.5Ga23.5)具有强铁磁性、大磁感生应变、温控和磁控形状记忆效应。它的磁控形状记忆效应的响应频率接近压电陶瓷，输出应变和应力接近温控形状记忆合金，是一种极具工程应用前景的新型功能材料。但是磁性形状记忆合金Ni-Mn-Ga仍存在脆性大，强度低，驱动磁场门槛值高的缺陷，成为磁驱动记忆合金应用和发展的主要瓶颈。
发明内容
本发明为了解决现有磁性形状记忆合金Ni-Mn-Ga存在脆性大、强度低、驱动磁场门槛值高的问题，而提供一种增韧磁性形状记忆合金的制备方法。
本发明的增韧磁性形状记忆合金按如下方法进行制备：按照摩尔份数比取53份的Ni、23.5份的Mn、18.5份的Ga和5份的Ti放入真空非自耗电极电弧炉中，在惰性气体保护、1500～1700℃的条件下电弧熔炼10～15分钟，再用丙酮清洗熔炼后的金属块体，然后放入真空度为10-1Pa的石英管中在1000℃的条件下保温5小时，再淬入水中；即得到增韧磁性形状记忆合金Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5。
本发明方法制备出的增韧磁性形状记忆合金Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5的成分不同现有的磁性形状记忆合金Ni-Mn-Ga(Ni53Mn23.5Ga23.5)，而且与之相比具有以下优点：
1、本发明制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金断裂强度在800～900MPa，比现有Ni-Mn-Ga合金提高了3～4倍；
2、本发明制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金的驱动磁场门槛值为0.5～0.8T，比现有Ni-Mn-Ga合金降低了62.5％～67％。
3、对本发明制备的合金进行破碎强度的测试，结果本发明制备的合金的破碎力为现有Ni-Mn-Ga合金的2～3倍，说明本发明制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金韧性大。
附图说明
图1为具体实施方式五制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金和具体实施方式三保温3小时制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金的DSC曲线图，其中曲线1为具体实施方式五制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金加热测得的DSC曲线，曲线2为具体实施方式三保温3小时制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金加热测得的DSC曲线，曲线3为具体实施方式五制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金冷却测得的DSC曲线，曲线4为具体实施方式三保温3小时制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金冷却测得的DSC曲线；图2为具体实施方式五制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金、具体实施方式六制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金及Ni-Mn-Ga合金的常温的断裂强度-应变曲线图，其中曲线1为Ni-Mn-Ga合金的常温的断裂强度-应变曲线，曲线2为具体实施方式五制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金的常温的断裂强度-应变曲线，曲线3为具体实施方式六制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金的常温的断裂强度-应变曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的增韧磁性形状记忆合金按如下方法进行制备：按照摩尔份数比取53份的Ni、23.5份的Mn、18.5份的Ga和5份的Ti放入真空非自耗电极电弧炉中，在惰性气体保护、1500～1700℃的条件下电弧熔炼10～15分钟，再用丙酮清洗熔炼后的金属块体，然后放入真空度为10-1Pa的石英管中在1000℃的条件下保温5小时，再淬入水中；即得到增韧磁性形状记忆合金Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5。
本实施方式的真空非自耗电极电弧炉购自于锦州市电炉责任有限公司。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：惰性气体为氮气、氦气、氩气、氖气或氙气。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：在淬入水中后，将得到的合金在温度873K的条件下保温0.5～3小时。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式对Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金进行不同的时间段的保温处理可以得到韧性和强度不同的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金，保温处理0.5小时的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金韧性和强度达到最佳，断裂强度为现有Ni-Mn-Ga合金的2.5倍，应变为现有Ni-Mn-Ga合金的2倍；而保温0.5小时、1小时和3小时本实施方式Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金的DSC曲线基本相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：在1550～1650℃的条件下电弧熔炼12～14分钟。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：在1600℃的条件下电弧熔炼13分钟。其它与具体实施方式一相同。
将本实施方式制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金和具体实施方式三保温3小时制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金分别在升温速度为20K/min的条件下测得加热DSC曲线，在降温速度20K/min的条件下测得冷却DSC曲线，结果如图1所示。通过图中的DSC曲线可以看出在本实施方式只制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金和具体实施方式三保温3小时制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金在加热和冷却的DSC曲线上都只有一个吸热和放热峰，说明Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金无论是否经保温处理保持了Ni-Mn-Ga三元合金的热弹性马氏体相变特征。
具体实施方式六：本实施方式的增韧磁性形状记忆合金按如下方法进行制备：按照摩尔份数比取53份的Ni、23.5份的Mn、18.5份的Ga和5份的Ti放入真空非自耗电极电弧炉中，在惰性气体保护、1630℃的条件下电弧熔炼12分钟，再用丙酮清洗熔炼后的金属块体，然后放入真空度为10-1Pa的石英管中在1000℃的条件下保温5小时，再淬入水中，然后在873K的条件下保温0.5小时；即得到增韧磁性形状记忆合金Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5。
将本实施方式制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金、具体实施方式五制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金和Ni-Mn-Ga合金进行断裂强度和断裂应变的测试，测试结果如图2所示，本实施方式制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金的断裂强度比Ni-Mn-Ga提高了2.5倍，断裂应变比Ni-Mn-Ga提高了2倍；具体实施方式五制备的Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5合金的断裂强度和断裂应变也比Ni-Mn-Ga有所提高。
Claims (5)
1.一种增韧磁性形状记忆合金的制备方法，其特征在于增韧磁性形状记忆合金按如下方法进行制备：按照摩尔份数比取53份的Ni、23.5份的Mn、18.5份的Ga和5份的Ti放入真空非自耗电极电弧炉中，在惰性气体保护和1500～1700℃的条件下电弧熔炼10～15分钟，再用丙酮清洗熔炼后的金属块体，然后放入真空度为10-1 Pa的石英管中在1000℃的条件下保温5小时，再淬入水中；即得到增韧磁性形状记忆合金Ni53Mn23.5Ga18.5Ti5。
2.根据权利要求1所述的一种增韧磁性形状记忆合金的制备方法，其特征在于惰性气体为氮气、氦气、氩气、氖气或氙气。
3.根据权利要求1所述的一种增韧磁性形状记忆合金的制备方法，其特征在于在淬入水中后，将得到的合金在873K的条件下保温0.5～3小时。
4.根据权利要求1所述的一种增韧磁性形状记忆合金的制备方法，其特征在于在1550～1650℃的条件下电弧熔炼12～14分钟。
5.根据权利要求1所述的一种增韧磁性形状记忆合金的制备方法，其特征在于在1600℃的条件下电弧熔炼13分钟。
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