[发明专利]一种磁性形状记忆合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性形状记忆合金及其制备方法，属于金属合金材料技术领域。

背景技术

传统的形状记忆合金因具有较大的可逆应变已成为当前最有应用前景的驱动材料，其形状记忆效应和伪弹性目前已经得到广泛的应用。而磁性形状记忆合金除具有传统记忆合金的一般特点外，还可在外磁场作用下输出较大应变和高响应频率。当前研究较广泛的磁驱动记忆合金主要包括：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基合金是发现最早、也是目前研究最为广泛的磁形状记忆合金，其磁感生应变来源于外磁场作用下马氏体孪晶变体重排产生的宏观应变，具有此种变形机制的合金获得大磁感生应变的关键是具有高的磁晶各向异性能和低的孪晶界移动临界应力。目前在Ni-Mn-Ga系列合金中，单晶最大可逆应变量达到10%，但由于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，新型磁驱动记忆合金系Ni-Mn-X(X=In,Sn,Sb)引起各国研究者的注意。该系列Heulser合金在偏离化学计量比时具有热弹性马氏体相变，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，该系列合金磁感生应变的本质是马氏体相与母相具有较大的饱和磁化强度差，在外磁场作用下合金相变温度显著降低，在一定温度范围内施加外磁场则可使其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Ni-Mn-In合金体系仍存在脆性大，磁场驱动相变的门槛值高，居里温度低等缺陷，在一定程度上限制其实际应用。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，已成为记忆合金应用和发展的主要研究方向。

合金化可以显著改变合金相变温度并改善其机械性能和物理性能。因此通过在Ni-Mn-In三元合金中用掺杂稀土元素Gd替代部分In元素来改善合金力学性能并提高磁学性能的有效方法之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁性形状记忆合金，其合金的化学组成按原子百分比为45.4份Ni、41.5份Mn、11.1份In和2份Gd；

其合金的断裂强度为2201MPa，马氏体开始相变温度为557℃。

本发明的另一目的在于提供上述磁性形状记忆合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：

①将Ni、Mn、In和Gd按照设定的原子百分比放入真空非自耗电极电弧炉中；其中，放置顺序从上到下依次为Ni、In、Gd、Mn；

②惰性气体保护下，1500~1600℃的条件下电弧熔炼15~20min，用丙酮清洗熔炼后的金属块体；然后封入真空度为10^-1Pa的石英管中，在900℃的条件下保温12h再淬入水中；即得到高温高塑性Ni_45.4Mn_41.5In_11.1Gd₂磁性形状记忆合金。

本发明的上述制备方法中，惰性气体优选为氩气。

本发明的上述制备方法中的任一技术方案，步骤②中丙酮清洗前还包括对熔炼后的金属块体表面除杂质的步骤；本领域的技术人员根据现有技术，可通过机械抛光去除表面杂质。

本发明在熔炼前将真空非自耗电极电弧炉的真空达到5×10^-3Pa后，再通入惰性气体到2×10^-2Pa，进行熔炼；且在熔炼过程中，熔炼电流不能超过100A。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明制备的Ni_45.4Mn_41.5In_11.1Gd₂合金断裂强度在2201MPa，比现有Ni_45.4Mn_41.4In_13.1Gd_0.1合金提高约1820MPa；

2、本发明制备的Ni_45.4Mn_41.5In_11.1Gd₂合金的马氏体开始相变温度为557℃，比现有Ni_45.4Mn_41.4In_13.1Gd_0.1合金提高了约200℃，并且其相变滞后约为150℃；