[发明专利]一种NiCoMnSn高温形状记忆合金及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种形状记忆合金，本发明也涉及一种形状记忆合金的制备方法。具体地说是一种NiCoMnSn形状记忆合金及其制备方法。

(二)背景技术

变磁性形状记忆合金(Metamagnetic shape memory alloys)是近年来在铁磁性形状记忆合金基础上发展起来的一种新型记忆材料，它通过在外磁场的作用下发生反铁磁性的马氏体向铁磁性的母相转变从而产生大的可逆应变，不仅具有快的响应速度和较大的可逆应变量，而且还克服了NiMnGa等铁磁性形状记忆合金输出驱动力小的缺点，从而使得变磁性形状记忆合金既可用作温度和磁场传感器，也有望在驱动器领域得到广泛应用。目前，变磁性形状记忆材料主要包括NiMnIn、NiCoMnIn和NiCoMnSn等，前两者的磁场诱发形状记忆效应较好，但是其中包含的In属于贵重金属，使得成本较高。而关于NiCoMnSn合金系虽有一些相关报道，但是马氏体相变温度都不超过100℃，限制了这种合金在高温领域的潜在应用。比如，2006年日本的R.Kainuma等人在Applied Physics Letters上发表的文章“Metamagnetic shape memory effect in a Heusler-typeNi₄₃Co₇Mn₃₉Sn₁₁polycrystalline alloy”中研究了化学式为Ni₄₃Co₇Mn₃₉Sn₁₁的合金，在7特斯拉的外加磁场下产生大约1％的磁场诱发形状记忆效应，但是该合金的马氏体相变温度只有40℃左右。此外，R.Kainuma在熔炼完这种合金后还需要经过真空条件下720小时的长时间均匀化热处理，才能最终获得成分均匀，性能满足要求的样品，导致制备工艺复杂，同时成本进一步提高。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种原料相对低廉，制备方法简单，成分均匀，热循环稳定性高，具有应用前景的一种NiCoMnSn高温形状记忆合金及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的NiCoMnSn高温形状记忆合金的学式为Ni₄₃Co₇Mn_50-XSn_X，其中X＝7～10。其具体组分为Ni₄₃Co₇Mn₄₁Sn₉或者Ni₄₃Co₇Mn₄₃Sn₇。

本发明的NiCoMnSn高温形状记忆合金的制备方法为：

(1)按照Ni₄₃Co₇Mn_50-XSn_X的原子百分比称取纯度为99.9％的镍(Ni)、纯度为99.9％的钴(Co)、纯度为99.9％的锰(Mn)和纯度为99.9％的锡(Sn)，其中X＝7～10；

(2)将第一步中称取的Ni、Co、Mn和Sn原料放入非自耗真空电弧炉内，抽取真空使得背底真空度达到2×10^-2～5×10^-3Pa，然后充高纯氩气至500Pa，利用高温电弧将原料熔炼成NiCoMnSn钮扣状铸锭；

(3)利用真空吸铸装置制备直径10mm的棒状铸锭，得到镍钴锰锡高温形状记忆合金。

本发明的镍钴锰锡高温形状记忆合金，其马氏体相变温度在120～300℃；室温下屈服强度540MPa～650MPa，压缩变形率为12～16％，形状记忆效应最大可达3.8％。

本发明的优点在于所制备的高温形状记忆合金由NiCoMnSn四种合金元素组成，这几种合金元素相对低廉，通过改变Mn和Sn含量可以使马氏体相变温度在较大范围内进行调整，制备方法简单，成分均匀。与日本的R.Kainuma等人所采用技术相比，马氏体相变温度大大提高，无需后续热处理，制备成本低，形状记忆效应最大可达3.8％，热循环稳定性高，是一种具有应用前景的新型高温形状记忆合金。

(四)附图说明

图1为Ni₄₃Co₇Mn₄₁Sn₉合金的DSC曲线图。