[发明专利]一种微米级NiMnGa磁性记忆合金管的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性记忆合金领域，特别涉及一种NiMnGa磁性记忆合金管的制备方法。

背景技术

磁性形状记忆合金属于新型的形状记忆材料，其显著的特征是：形状记忆效应可以由磁场来控制；马氏体相具有大的可恢复的磁感生应变。磁性记忆合金降温时会发生马氏体相变，升温时发生马氏体逆相变，它们具有传统形状记忆合金的所有特性。它不仅具有传统形状记忆合金的大应变和高推动力的特点，而且其响应速度快、效率高，使其可能在大功率水下声纳、震动和噪声控制、微位移器、微波器件、机器人、线性马达等领域有重要的应用，有望成为新一代驱动与传感材料。NiMnGa合金不仅具有大应变量的、自发的和磁控的双向形状记忆效应，而且还具有非常大的磁感生应变（即在磁场作用下展现出较大的可回复应变），因此兼驱动和传感特性于一体。

传统制冷技术多采用氟利昂及氨等气体工质，对环境造成很大的污染及破坏，特别是氟利昂工质，严重破坏大气臭氧层，已经威胁到人类的生存和安全。所以人们仍在积极探寻一些全新的制冷技术，如半导体制冷、磁制冷等，其中，磁制冷技术被专家公认为高科技绿色制冷技术。磁制冷是利用自旋系统磁熵变的制冷方式，是一种以磁性材料为工质的全新的制冷技术，可通过磁卡效应(Magnetocaloric Effect,MCE)来实现。磁制冷具有熵密高、体积小、结构简单、噪声小、效率高及功耗低等特点，具有明显的节能效应。要使得磁制冷更具实际意义，那就要求磁熵变(Magnetic Entropy Change，磁性物质从一种有序态变化到另一种有序态或无序态往往伴随着熵值的变化)的工作温度能处于室温或者室温以上。目前，室温磁制冷的主要难点在于找到高磁熵且工作温区在室温的磁制冷材料。研究发现，NiMnGa合金具有相当大的磁熵变，而且其展现的磁熵变的温区可调到室温和室温以上，同时价格便宜。因此，NiMnGa合金有望成为新的室温磁制冷工质材料。

目前已有一些磁制冷的原型机是基于主动式磁制冷循环（Active MagneticRegenerative Refrigeration cycle），即基于磁制冷工质材料与一种液体的热交换。为了提高热交换效率，同时便于液体的流动，磁制冷工质材料被设计成薄壁管状。而且，要求磁制冷工质材料在热循环工况下能够经受住较大的应变变化，这是由于磁制冷材料在两种状态之间晶格参数差异所致。诸如，NiMnGa合金经历立方结构向四方结构转变过程中，会产生6%的应变变化。为了使得磁制冷工质材料获得较长的使用寿命，不发生破裂，要求其具有较好的应变恢复性能，即具有较大的磁感生应变。

目前为止，最大的磁感生应变（10%）只出现在NiMnGa单晶材料中。但是，单晶材料的制备是一种既费时且困难的过程。同时，小晶粒尺寸的NiMnGa多晶材料展现出非常小的磁感生应变（<0.01%）。研究发现可以通过一些方法来有效地提高其磁感生应变，诸如通过在样品中引入自由表面从而获得“竹节晶”结构（一个晶粒就像竹子的一个竹节，每个晶粒只同一、两个晶粒相接）。结果表明，具有这种“竹节晶”结构的多晶NiMnGa材料能够展现出最高8.7%的磁感生应变。目前制备具有这种“竹节晶”结构的多晶NiMnGa合金一般采用熔炼方法，先制成一些具有微米或纳米尺度的纤维、短棒或者颗粒，然后组装成各种大样品，最后通过退火工艺长大晶粒获得“竹节晶”结构，这是因为退火后NiMnGa晶粒最大也只有200-300微米。然而，由于NiMnGa记忆合金本身非常脆，很难采用机加工或其它方法制成各种所需形状和尺度的样品，特别是微米尺度以下的管状样品。截止目前，具有微米级（管壁厚度）的NiMnGa合金管还未被制备出来。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种微米级NiMnGa磁性记忆合金管的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种微米级NiMnGa磁性记忆合金管的制备方法，包括以下步骤：

（1）将微米级纯镍管清洗干净后烘干；

（2）在纯镍管的外表面镀上一层纯锰；

（3）在纯镍管的空心部分充满液态纯镓，然后垂直放入管式炉中，在保护气体氛围下进行加热，随炉冷却，得到微米级NiMnGa磁性记忆合金管。

步骤（2）中在纯镍管的外表面镀上一层纯锰后，还进行以下步骤：将样品垂直放入管式炉中，在氩气氛围下进行加热，气体压力为1.1～2大气压；加热温度为750℃～1050℃，加热时间为5h～30h，随炉冷却后取出。