專利名稱：一種磁性形狀記憶合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種磁性形狀記憶合金及其制備方法，屬于金屬合金材料技術領域。
背景技術：
傳統的形狀記憶合金因具有較大的可逆應變已成為當前最有應用前景的驅動材料，其形狀記憶效應和偽彈性目前已經得到廣泛的應用。而磁性形狀記憶合金除具有傳統記憶合金的一般特點外，還可在外磁場作用下輸出較大應變和高響應頻率。當前研究較廣泛的磁驅動記憶合金主要包括=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基合金是發現最早、也是目前研究最為廣泛的磁形狀記憶合金，其磁感生應變來源于外磁場作用下馬氏體孿晶變體重排產生的宏觀應變，具有此種變形機制的合金獲得大磁感生應變的關鍵是具有高的磁晶各向異性能和低的孿晶界移動臨界應力。目前在Ni-Mn-Ga系列合金中，單晶最大可逆應變量達到10%，但由于變體重排所產生的輸出應力較小，僅為2MPa左右，難以滿足實際工程的應用要求。近期，新型磁驅動 記憶合金系Ni-Mn-X(X=In, Sn, Sb)引起各國研究者的注意。該系列Heulser合金在偏離化學計量比時具有熱彈性馬氏體相變，在一定的成分范圍內或摻雜鐵磁元素Co后實現了真正意義上的磁場驅動相變，產生宏觀應變，該系列合金磁感生應變的本質是馬氏體相與母相具有較大的飽和磁化強度差，在外磁場作用下合金相變溫度顯著降低，在一定溫度范圍內施加外磁場則可使其發生馬氏體逆相變從而具有形狀記憶效應，并輸出較大的應力。但是Ni-Mn-In合金體系仍存在脆性大，磁場驅動相變的門檻值高，居里溫度低等缺陷，在一定程度上限制其實際應用。所以如何提高磁場生應變，降低磁場驅動門檻值，改善合金機械性能，獲得大的磁熵變和巨磁阻效應，已成為記憶合金應用和發展的主要研究方向。合金化可以顯著改變合金相變溫度并改善其機械性能和物理性能。因此通過在Ni-Mn-In三元合金中用摻雜稀土元素Gd替代部分In元素來改善合金力學性能并提高磁學性能的有效方法之一。
發明內容
本發明的目的在于提供一種磁性形狀記憶合金，其合金的化學組成按原子百分比為45.4份附、41.5份胞、11. I份In和2份Gd ;其合金的斷裂強度為2201MPa，馬氏體開始相變溫度為557°C。本發明的另一目的在于提供上述磁性形狀記憶合金的制備方法，所述方法包括如下步驟①將Ni、Mn、In和Gd按照設定的原子百分比放入真空非自耗電極電弧爐中；其中，放置順序從上到下依次為Ni、In、Gd、Mn ；②惰性氣體保護下，150(Tl60(rC的條件下電弧熔煉15 20min，用丙酮清洗熔煉后的金屬塊體；然后封入真空度為KT1Pa的石英管中，在900°C的條件下保溫12h再淬入水中；即得到高溫高塑性Ni4HMni5In1UGd2磁性形狀記憶合金。
本發明的上述制備方法中，惰性氣體優選為氬氣。本發明的上述制備方法中的任一技術方案，步驟②中丙酮清洗前還包括對熔煉后的金屬塊體表面除雜質的步驟；本領域的技術人員根據現有技術，可通過機械拋光去除表面雜質。 本發明在熔煉前將真空非自耗電極 電弧爐的真空達到5 X IO-3Pa后，再通入惰性氣體到2X10_2Pa，進行熔煉；且在熔煉過程中，熔煉電流不能超過100A。本發明具有以下有益效果I、本發明制備的Ni45.4Mn4L5In1L!Gd2合金斷裂強度在220IMPa,比現有Ni45.4Mn41. Jn1^1Gdai 合金提高約 1820MPa ；2、本發明制備的Ni4^Mn4h5In1UGd2合金的馬氏體開始相變溫度為557°C，比現有Ni45.^n^InmGd。」合金提高了約200°C，并且其相變滯后約為150°C ；3、對本發明制備的合金進行斷裂應變的測試，結果本發明制備的合金的斷裂應變為現有Ni45.4Mn4L4In13. M.工合金的斷裂應變提高了 200%,說明本發明制備的Ni45.4Mn41.5In1L1Gd2 合金韌性大。
本發明附圖2幅，圖I 為 Ni45.4Mn4L5In1L1Gd2 合金和現有 Ni45.4Mn41.4In13.fd。.丨合金的 DSC 曲線圖；其中，I為現有Ni45.4Mn41. Jn1^Gdai合金的加熱測得的DSC曲線，2為現有Ni45.4Mn4L4In13. M. i合金的冷卻測得的DSC曲線；3為Ni45.4Mn41.5In1L M合金加熱測得的DSC曲線，4為Ni45.4Mn41.5In1L1Gd2合金冷卻測得的DSC曲線；圖2為Ni45.4Mn41.5In1L M合金和現有Ni45.4Mn4L4In13. M.:合金的室溫壓縮應力和應變曲線；其中，I為現有Ni45.4Mn41.4In13. M.工合金的壓縮曲線，2為Ni45.4Mn41.5In1L M合金的壓縮曲線。
具體實施例方式下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。本發明所使用的真空非自耗電極電弧爐購自于沈陽科技儀器責任有限公司。實施例I按照原子百分比稱取45. 4份的Ni、41. 5份的Mn、11. I份的In和2份的Gd放入真空非自耗電極電弧爐中，其中，放置順序從上到下依次為Ni、In、Gd、Mn ;在氬氣保護下、100A熔煉電流條件下電弧熔煉20min，在用水冷銅坩鍋底部的裝置吸鑄成O IOmmX 75mm的棒狀試樣，然后機械拋光，用丙酮清洗合金棒體，然后放入真空度為l(T2Pa的石英管中在900°C的條件下保溫12h，再淬入水中；即得到高溫高塑性Nii4Mn4h5In1UGd2磁性形狀記憶
I=I -Wl o將本實施例制備的高溫高塑性Ni45.4Mn41.5In1L !Gd2合金與Ni45.4Mn4L4In13. !Gd0. i合金分別在升溫速度為10K/min的條件下測得加熱DSC曲線，在降溫速度10K/min的條件下測得冷卻DSC曲線，結果如圖I所示。通過圖中的DSC曲線可以看出在本實施例制備的高溫高塑性Nii4Mn4h5In1UGd2合金在加熱和冷卻的DSC曲線上都只有一個吸熱和放熱峰，說明高溫高塑性Ni45.4Mn4L5In1L1Gd2合金和Ni45. ^n4h4In1UGdai合金一樣都具有同Ni-Mn-In三元合金一樣的熱彈性馬氏體相變特征。
將本實施例制備的Ni45.4Mn41.5In1L M合金和現有Ni45.4Mn4L4In13. M.:合金進行斷裂強度和斷裂應變的測試，測試結果如圖2所示，本實施例制備的Ni45Jn4Uln1UGd2合金的斷裂強度比Ni45.4Mn41.4In13. M.:提高了約6倍，斷裂應變比Ni45.4Mn4L4In13. M.:提高了 2倍。
權利要求
1.一種磁性形狀記憶合金，其合金的化學組成按原子百分比為45. 4份Ni、41. 5份Mn、11.I 份 In 和 2 份 Gd ; 其合金的斷裂強度為2201MPa，馬氏體開始相變溫度為557°C。
2.權利要求I所述的磁性形狀記憶合金的制備方法，包括如下步驟 ①將Ni、Mn、In和Gd按照設定的原子百分比放入真空非自耗電極電弧爐中；其中，放置順序從上到下依次為Ni、In、Gd、Mn ； ②惰性氣體保護下，150(Tl60(rC的條件下電弧熔煉15 20min，用丙酮清洗熔煉后的金屬塊體；然后封入真空度為KT1Pa的石英管中，在900°C的條件下保溫12h再淬入水中；SP得到高溫高塑性Ni45.4Mn41. JnlhlGd2磁性形狀記憶合金。
3.根據權利要求2所述的磁性形狀記憶合金的制備方法，其特征在于步驟②中所述惰性氣體為IS氣。
4.根據權利要求2所述的磁性形狀記憶合金的制備方法，其特征在于步驟②中丙酮清洗前還包括對熔煉后的金屬塊體表面除雜質的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種磁性形狀記憶合金，其合金的化學組成按原子百分比為45.4份Ni、41.5份Mn、11.1份In和2份Gd；其合金的斷裂強度為2201MPa，馬氏體開始相變溫度為557℃。本發明制備的合金斷裂強度在2201MPa，比現有Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1合金提高約1820MPa；合金的馬氏體開始相變溫度為557℃，比現有Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1合金提高了約200℃，并且其相變滯后約為150℃；合金的斷裂應變為現有Ni45.4Mn41.4In13.1Gd0.1合金的斷裂應變提高了200%，本發明制備的Ni45.4Mn41.5In11.1Gd2合金韌性大。
文檔編號C22C1/02GK102719721SQ201210203439
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者孫娜, 張宏劍, 張秀玲, 董桂馥 申請人:大連大學