CN101705393A - 一种增韧磁性形状记忆合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增韧磁性形状记忆合金及其制备方法，按照摩尔份数比取45.4份的Ni、(41.5-x)份的Mn、13.1份的In和x份的Gd(0＜x≤2)放入真空非自耗电极电弧炉中，在惰性气体保护下，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900℃的条件下保温12小时，再淬入水中；即得到增韧磁性形状记忆合金Ni45.4Mn41.5-xIn13.1Gdx；其断裂强度为370～380MPa，比现有的Ni-Mn-In合金提高约100MPa；驱动磁场门槛值为3.2～3.8T，比现有的Ni-Mn-In合金降低了1.8～1.2T；合金韧性明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及形状记忆合金，尤其涉及一种增韧磁性形状记忆合金及其制备方法。
背景技术
形状记忆合金因具有较大的可逆应变和响应频率成为当前最有应用前景的驱动材料，其形状记忆效应和超弹性行为目前已经得到广泛的应用。磁驱动记忆合金除了具有传统记忆合金的一般特点外，还可以在磁场的作用下输出较大应变和高的响应频率。当前研究较广泛的磁驱动记忆合金包括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合金体系是发现最早、也是目前研究最为广泛的磁驱动形状记忆合金，该合金的磁感生应变来源于磁场作用下马氏体孪晶变体重排产生的宏观应变，所以高的磁晶各向异性能及低的孪晶界移动临界应力是具有此种变形机制的合金获得大磁感生应变的关键。目前在Ni-Mn-Ga系列合金中，单晶最大可逆应变量达到10％，但通过变体重排所产生的输出应力较小，仅为2MPa左右，难以满足实际工程的应用要求。
近期，新的磁驱动形状记忆合金系Ni-Mn-X(X＝In，Sn，Sb)越来越引起各国研究者的注意。该系列合金在偏离Heulser化学计量比时具有热弹性马氏体相变，并且在一定的成分范围内或掺杂铁磁元素Co后实现了真正意义上的磁场驱动相变，产生宏观应变，其磁感生应变的本质为马氏体相与母相具有较大的饱和磁化强度差，施加磁场合金相变温度显著降低，一定温度范围内施加磁场则可使合金发生马氏体逆相变从而具有形状记忆效应，并输出较大的应力。但是该形状记忆合金体系(Ni-Mn-In)仍存在脆性大，磁场驱动相变的门槛值高，可利用成分范围小等缺陷，在一定程度上限制了实际应用。所以如何提高磁场生应变，降低磁场驱动门槛值，改善合金机械性能，获得大的磁熵变和巨磁阻效应，成为记忆合金应用和发展的主要研究方向。
发明内容
为了解决现有形状记忆合金Ni-Mn-In存在脆性大，驱动磁场门槛值高的问题，本发明向合金中掺杂稀土元素Gd，提供了一种新型形状记忆合金及其制备方法。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
一种增韧磁性形状记忆合金，其特征在于：
其化学组成按摩尔份数比为45.4份Ni、(41.5-x)份Mn、13.1份In和x份Gd，其中0＜x≤2；
其断裂强度在370～380MPa，其驱动磁场门槛值为3.2～3.8T。
所述的增韧磁性形状记忆合金的制备方法，包括如下工艺步骤：
按照摩尔份数比取45.4份的Ni、(41.5-x)份的Mn、13.1份的In和x份的Gd放入真空非自耗电极电弧炉中，在惰性气体保护下，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900℃的条件下保温12小时，再淬入水中；即得到增韧磁性形状记忆合金Ni45.4Mn(41.5-x)In13.1Gdx。
所述惰性气体为氩气、氦气、氖气或氙气中的一种。
本发明方法制备出的增韧磁性形状记忆合金Ni45.4Mn(41.5-x)In13.1Gdx的成分不同于现有的磁性形状记忆合金Ni-Mn-In(Ni45.4Mn41.5In13.1)，与之相比具有以下优点：
(1)对所述增韧磁性形状记忆合金Ni45.4Mn(41.5-x)In13.1Gdx进行断裂强度试验，结果表明，其断裂强度为370～380MPa，比现有的Ni-Mn-In合金提高约100Mpa；
(2)所述Ni45.4Mn(41.5-x)In13.1Gdx合金的驱动磁场门槛值为3.2～3.8T，比现有的Ni-Mn-In合金降低了1.8～1.2T。
(3)对所述Ni45.4Mn(41.5-x)In13.1Gdx合金进行断裂应变的试验，结果表明，本发明制备的合金的断裂应变为现有Ni-Mn-In合金的断裂应变的1.5倍，说明本发明制备的Ni45.4Mn(41.5-x)In13.1Gdx合金韧性明显提高。
附图说明
图1为实施例所制备的Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1合金与现有的Ni45.4Mn41.5In13.1合金的DSC曲线的对照图，其中曲线1和曲线2分别为现有的Ni45.4Mn41.5In13.1合金加热测得的DSC曲线和冷却测得的DSC曲线；曲线3和曲线4分别实施例中制备的所述Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1合金加热测得的DSC曲线和冷却测得的DSC曲线；
图2为实施例所制备的Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1合金与现有的Ni45.4Mn41.5In13.1合金的室温压缩应力和应变曲线的对照图，其中曲线2为Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1合金的压缩曲线，曲线1为Ni-Mn-In合金的压缩曲线。
具体实施方式
按照摩尔份数比取45.4份的Ni、41.4份的Mn、13.1份的In和0.1份的Ga放入真空非自耗电极电弧炉中，在惰性气体保护下，1550～1650℃的条件下电弧熔炼12～14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900℃的条件下保温12小时，再淬入水中；即得到增韧磁性形状记忆合金Ni45.4Mn41.4In13.1Gd01。
本实施方式的真空非自耗电极电弧炉购自于沈阳科技仪器责任有限公司。
所述惰性气体为氦气、氩气、氖气或氙气。
将上述实施例中所制备的Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1合金在升温速度为10K/min的条件下测得加热DSC曲线3，在降温速度10K/min的条件下测得冷却DSC曲线4，与Ni45.4Mn41.5In13.1合金的加热DSC曲线1及冷却DSC曲线2相对照，如图1所示。通过图中的DSC曲线可以看出在本实施方式制备的Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1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Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1合金具有同Ni-Mn-In三元合金一样的热弹性马氏体相变特征。
将上述实施例中所制备的Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1合金和现有的Ni-Mn-In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Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1合金的断裂强度比Ni-Mn-In提高了约100Mpa，断裂应变为Ni-Mn-In的1.5倍。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种增韧磁性形状记忆合金，其特征在于：
其化学组成按摩尔份数比为45.4份Ni、(41.5-x)份Mn、13.1份In和x份Gd，其中0＜x≤2；
其合金断裂强度在370～380MPa，合金驱动磁场门槛值为3.2～3.8T。
2.一种如权利要求1所述的增韧磁性形状记忆合金的制备方法，包括如下工艺步骤：
将Ni、Mn、In和Gd按照设定的摩尔份数比放入真空非自耗电极电弧炉中，在惰性气体保护下，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900℃的条件下保温12小时，再淬入水中；即得到增韧磁性形状记忆合金Ni45.4Mn41.5-xIn13.1Gdx。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
所述惰性气体为氩气、氦气、氖气或氙气中的一种。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
所述电弧熔炼温度为1550～1650℃，熔炼时间为12～14分钟。
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