CN103952615B - 具有磁场驱动马氏体孪晶重排的磁性材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有磁场驱动马氏体孪晶重排的磁性材料及其制备方法，该材料具有铁磁性和双向形状记忆效应，是一种可由外磁场驱动马氏体孪晶重排产生宏观应变的新型磁控形状记忆合金，化学成分为：Co_xNi_yAl_zGa_j；其中，28≤x≤42，25≤y≤32，23≤z≤35，0.5≤j≤10，x+y+z+j=100，x、y、z、j表示摩尔百分比含量。本发明磁控形状记忆合金Co_xNi_yAl_zGa_j与现有合金相比，具有较大的磁致应变，较宽的马氏体相变温度范围以及良好的力学性能，可在大功率水下声纳、微位移器、震动和噪声控制、线性马达、微波器件、机器人等领域有重要应用。

Description

具有磁场驱动马氏体孪晶重排的磁性材料及其制备方法

技术领域

本发明属于磁控形状记忆材料领域，涉及一种可由外磁场驱动马氏体孪晶重排产生宏观应变的磁控形状记忆合金及其制备方法。

背景技术

磁控形状记忆合金是一类新型形状记忆材料，它不但具有传统形状记忆合金受温度场控制的热弹性形状记忆效应，还具有受磁场控制的磁性形状记忆效应。因此，该合金兼有大恢复应变、大输出应力、高响应频率和可通过外磁场微变化实现变形精确控制的综合特性。目前磁控形状记忆合金的最大磁致应变约为10％，最高响应频率可达5000Hz，这样使其可能在大功率水下声纳、微位移器、震动和噪声控制、线性马达、微波器件、机器人等领域有重要应用，有望成为继压电陶瓷和磁致伸缩材料之后的新一代集驱动与传感于一体的材料。但常规磁控形状记忆合金存在单晶偏析严重，多晶韧性差，可重复性能不理想和居里点偏低等缺陷，极大阻碍该合金的研究和应用。

磁控形状记忆合金表现为：当一定形状的母相样品冷却至马氏体相变温度以下形成马氏体后，在马氏体状态下施加一定的外加磁场，样品发生一定的形变，随着外加磁场的卸除，伴随马氏体孪晶界面的逆向推移，材料会自动回复至原始形状。因此，磁控形状记忆效应的微观机制依赖于合金的微观组织，即孪晶马氏体的形成。但是，纯粹的马氏体组织又会导致材料的力学性能不足，难以实现工业推广。因此期望磁控形状记忆合金具有较好的力学性能、室温马氏体相变温度和较大的磁致应变能力来实现其工业推广。

发明内容

技术问题：本发明提供一种具有铁磁性和双向形状记忆效应，具有较大的磁致应变，较宽的马氏体相变温度范围以及良好力学性能的具有磁场驱动马氏体孪晶重排的磁性材料，同时提供一种该材料的制备方法。

技术方案：本发明的制备具有磁场驱动马氏体孪晶重排的磁性材料的方法，包括以下步骤：

首先将摩尔百分比x％的Co、y％的Ni、z％的Al、j％的Ga置于坩埚中真空熔炼，其中，28≤x≤42，25≤y≤32，23≤z≤35，0.5≤j≤10，x+y+z+j＝100，其熔炼条件为：a.1×10^-3到1×10^-5MPa的真空状态；b.熔炼温度为1300～1500℃；c.熔炼过程采用磁搅拌；d.熔炼时间为0.5～2小时；

然后将上述真空熔炼得到的合金锭进行真空退火处理，处理条件为：温度550～1200℃；时间：0.5～100小时；真空度：1×10^-2～1×10^-3MPa；

最后，以0.01～1000℃/秒的降温速度冷却至室温，即得到最终的磁性材料。

本发明方法的优选方案中，坩埚为水冷坩埚。

本发明的具有磁场驱动马氏体孪晶重排的磁性材料，是根据上述方法制备得到，组分为Co_xNi_yAl_zGa_j。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的磁性材料具有较大的成分范围，其原子组分为：Co_xNi_yAl_zGa_j；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。本发明的磁性材料与现有材料相比，具有以下优点：

其在外磁场作用下能够获得较大的磁致应变，传统多晶磁控形状记忆合金磁致应变量较小，而该合金在外磁场作用下可以达到3‰的变形量。

其马氏体相变温度可以通过改变Co，Ni，Al，Ga的组成配比而改变，同时其具有较宽的相变温度范围：-130℃～270℃。

在二元Ni-Ga相图中，富Co，Ni端可以生成金属间化合物Ga₃Ni₅，该金属间化合物具有良好磁性和力学性能，能够大幅提高Co_xNi_yAl_zGa_j合金的磁性以及力学性能，改善了磁控形状记忆合金的多晶脆性。

降低成本，相对于其他磁控形状记忆合金来说，该合金含Ga量少，含铝量高，合金成本有所降低。

综上所述，本发明提出了一种Co_xNi_yAl_zGa_j新型磁控形状记忆合金，是一种可由外磁场驱动马氏体孪晶重排产生宏观应变的新型磁控形状记忆合金。该合金相对于其他磁控形状记忆合金具有较大的磁致应变，较宽的马氏体相变温度范围以及良好的力学性能等优点。

附图说明

图1是本发明Co_xNi_yAl_zGa_j合金在室温下马氏体孪晶形态；

图2是本发明Co_xNi_yAl_zGa_j合金磁场驱动下的应变-磁场曲线；

图3是本发明Co_xNi_yAl_zGa_j合金压缩应力-应变曲线。

具体实施方式

下面通过实施例来对本发明作进一步具体说明。

实施例1：

制备组成为Co₄₂Ni₃₂Al_25.5Ga_0.5的具有磁场驱动孪晶马氏体变形的磁性合金，其制备方法如下：

(1)分别称量纯度为99.9％的Co、Ni、Al、Ga；

(2)将称量好的原料盛放在坩埚中，采用真空熔炼，其熔炼条件为：a.1×10^-3的真空状态；b.熔炼温度为1300℃；c.熔炼过程采用磁搅拌；d.熔炼时间为0.5小时。

(3)将上述熔炼好的合金锭进行真空退火处理，处理条件为：温度550℃；时间：100小时；真空度：1×10^-2MPa。然后再以随炉冷却至室温。

将上述方法制备的多晶样品用线切割切出5×5×8mm的样品进行检测各种特性曲线。

实施例2：

制备组成为Co₄₀Ni₃₀Al₂₃Ga₇的具有磁场驱动孪晶马氏体变形的磁性合金，其制备方法如下：

(1)分别称量纯度为99.9％的Co、Ni、Al、Ga；

(2)将称量好的原料盛放在坩埚中，采用真空熔炼，其熔炼条件为：a.1×10^-4的真空状态；b.熔炼温度为1400℃；c.熔炼过程采用磁搅拌；d.熔炼时间为1.5小时。

(3)将上述熔炼好的合金锭进行真空退火处理，处理条件为：温度800℃；时间：70小时；真空度：5×10^-2MPa。然后再以随炉冷却至室温。

将上述方法制备的多晶样品用线切割切出5×5×8mm的样品进行检测各种特性曲线。

实施例3：

制备组成为Co₂₈Ni₃₀Al₃₂Ga₁₀的具有磁场驱动孪晶马氏体变形的磁性合金，其制备方法如下：

(1)分别称量纯度为99.9％的Co、Ni、Al、Ga；

(2)将称量好的原料盛放在坩埚中，采用真空熔炼，其熔炼条件为：a.1×10^-5的真空状态；b.熔炼温度为1500℃；c.熔炼过程采用磁搅拌；d.熔炼时间为2小时。

(3)将上述熔炼好的合金锭进行真空退火处理，处理条件为：温度1000℃；时间：24小时；真空度：1×10^-3MPa。然后再以随炉冷却至室温。

将上述方法制备的多晶样品用线切割切出5×5×8mm的样品进行检测各种特性曲线。

Claims (3)

1.一种制备具有磁场驱动马氏体孪晶重排的磁性材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

首先将摩尔百分比x%的Co、y%的Ni、z%的Al、j%的Ga置于坩埚中真空熔炼，其中，28≤x≤42，25≤y≤32，23≤z≤35，0.5≤j≤10，x+y+z+j=100，其熔炼条件为：a.1×10^-3到1×10^-5MPa的真空状态；b.熔炼温度为1300~1500℃；c.熔炼过程采用磁搅拌；d.熔炼时间为0.5~2小时；

然后将上述真空熔炼得到的合金锭进行真空退火处理，处理条件为：温度550~1200℃；时间：0.5~100小时；真空度：1×10^-2~1×10^-3MPa；

最后，以0.01~1000℃/秒的降温速度冷却至室温，即得到最终的磁性材料。

2.根据权利要求1所述制备具有磁场驱动马氏体孪晶重排的磁性材料的方法，其特征在于，所述坩埚为水冷坩埚。

3.一种具有磁场驱动马氏体孪晶重排的磁性材料，其特征在于，该磁性材料根据权利要求1或2所述方法制备得到，组分为Co_xNi_yAl_zGa_j。