[发明专利]强磁场诱发获得大磁致应变NiMnGa单变体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可产生磁控形状记忆效应的NiMnGa功能材料，更特别地说，是指一种对NiMnGa单晶进行强磁场(5～10T)处理获得大磁致应变性能(超过5％)的近单变体的处理方法，国际专利分类属于C22F3/00。

背景技术

形状记忆合金(SMA)作为一种新型的功能材料，在一定条件下可发生形状恢复，产生宏观应变和恢复力。NiMnGa合金集大应变、高推动力和快响应速度等优点于一身，因而有望成为新型驱动器材料，广泛应用于国防、航空航天和高技术领域。

授权公告号CN1272464C中公开了一种“利用磁场热处理改善多晶Ni2MnGa的磁驱动可逆应变量的方法”。该专利文献针对Ni₂MnGa多晶材料，原理是通过热处理，在高温(居里温度附近)磁场(0.7T)条件下，控制奥氏体的电子云排布，使易磁化方向优先按外磁场方向取向，获得210ppm的磁致应变。

研究表明，只有在NiMnGa单变体中才能获得大磁致应变性能，而采用晶体生长方法制备的单晶体则是由自协作态的马氏体多变体组成，需要通过一定的工艺实现变体的择优排列，获得近似单变体。目前国际上普遍采用的工艺是，沿NiMnGa单晶的<100>晶向进行单向压缩处理，通过这种工艺，已经在该合金5M马氏体中获得了6.0％的大磁致应变。但是，这种工艺往往导致单晶样品的开裂，并极易引入诸多不可去除的缺陷，降低了样品制备的效率，并且对较大长径比的单晶样品，单向压缩处理就会造成样品弯曲变形，无法获得单变体，尤其是对某些特殊形状或者尺寸的单晶样品，单向压缩的工艺更是不可能对其进行压缩处理。

发明内容

本发明的目的是提出一种采用强磁场诱发获得大磁致应变NiMnGa单变体的方法，该方法是将NiMnGa原材料经熔炼铸棒、生长单晶之后形成NiMnGa单晶，然后将NiMnGa单晶在18～25℃、5～10T磁场下反复磁化后制得NiMnGa近单变体。经本发明的方法制得的NiMnGa近单变体具有超过5％的大磁致应变性能，其磁致应变的临界磁场在350mT以下。

本发明是通过磁场处理在NiMnGa单晶中获得大磁致应变性能的方法，其优点在于：(1)能对不同形状、尺寸和规格的NiMnGa单晶进行单变体处理，这些单晶是无法用单向压缩工艺进行单变体处理的；(2)避免了单晶样品可能被压裂、压坏和晶体内部缺陷过多的问题，这是单向压缩工艺获得单变体的过程中所无法避免的，可制备出高品质的大应变NiMnGa近单变体，稳定地获得5％以上的大磁致应变性能，接近于单变体理论最大磁致应变量。

附图说明

图1是本发明Ni₅₀Mn_28.5Ga_21.5粉末的X射线衍射曲线。

图2是本发明Ni₅₀Mn_28.5Ga_21.5近单变体的磁致应变曲线图。

图3是棒材的磁化单晶方向示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明是一种采用强磁场处理NiMnGa单晶获得大磁致应变性能的近单变体的方法，该磁化处理包括有下列处理步骤：

第一步：制NiMnGa棒材

将纯度99.9％的Ni、Mn、Ga配制成目标成分的母合金；然后将母合金放于真空电弧炉内，调节真空室的真空度至2～4×10^-3Pa，充入氩气至0.3～0.7×10⁵Pa，进行反复熔炼3～5次后铸成NiMnGa棒材；

所述目标成分为Ni_48～53Mn_25～30Ga_16～26；

截取长度1.0mm的上述制得的NiMnGa棒材作为测试室温晶体结构的试样。先将试样研磨成NiMnGa粉末后，在Rigaku D/Max 2200 PC型X射线衍射仪上，采用X射线衍射分析(XRD)NiMnGa粉末在室温(25℃)条件下具有5层调制体心四方马氏体结构，并计算NiMnGa粉末的晶格常数，以此得到该成分的NiMnGa单晶在理论条件下的最大磁致应变量。

晶格常数的计算方法如下：