[发明专利]一种具有磁场驱动马氏体相变效应的磁性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种形状记忆材料，具有铁磁性和双向形状记忆效应，特别是涉及具有磁场可驱动马氏体相变的Ni₃₈Fe₉Co₃Mn₃₄Al₁₆磁性材料及其制备方法。

背景技术

通常的形状记忆合金在相对高温下具有一种晶体结构，以下称为母相，而在相对低的温度下自发变成另外一种晶体结构，一般称之为马氏体相。当从较高的温度降温到较低的温度时，材料从母相转变为马氏体相，该相转变叫做马氏体相变。反过来，从相对低的温度加热材料，合金会从马氏体相转变为母相，这种相反的相转变称为马氏体逆相变。一般将马氏体转变的开始点和终点，分别称为M_s点和M_f点，将马氏体逆相变的开始和终点，分别称为A_s点和A_f点。如果M_s和A_s之间差值较小，比如为几度或几十度，材料的这种马氏体相变被称为热弹性马氏体相变。

一般地，将某种合金材料在母相以确定的形状冷却，直到形成马氏体相以后，再人为地改变其原有的形状，然后，将合金材料升温，直到转变成奥氏体时，如果合金材料的形状完全或部分地转变为原来的形状，这种现象称为形状记忆效应。另外，如果在同样的上述温度循环中，母相的形状在降温引起的相变时刻变形，再在随后的升温引起的逆相变时刻再变形，并且部分或全部地转变成原来母相的形状，被称之为双向形状记忆效应。

一般形状记忆合金元件形变被温度和应力变化控制，这导致其响应频率较低，且提升困难，而磁性形状记忆合金的结构转变可以通过磁场控制，动作响应速度快，因此被广泛用于各种智能型用途，如各种微机电器件等。

在现有材料中，具有类似性质的NiCoMnGa（见K. Ullakko, J. K. Huang, C. Kanter, V. V. Kokorin, and R. C. O’Handley, Appl. Phys. Lett. 69, 1966 (1996).）、MnCoNiGa（见G. D. Liu, J. L. Chen, Z. H. Liu, X. F. Dai, and G. H. Wu, Appl. Phys. Lett. 87, 262504 (2005).）、NiCoMnIn（见R. Kainuma, Y. Imano, W. Ito, Y. Sutou, H. Morito, S. Okamoto, O. Kitakami, K. Oikawa, A. Fujita, T. Kanomata, and K. Ishida, Nature (London) 439, 957 (2006).）、NiCoMnSb（见R. Kainuma, Y. Imano, W. Ito, H. Morito, Y. Sutou, K. Oikawa, A. Fujita, K. Ishida, S. Okamoto, and O. Kitakami, Appl. Phys. Lett. 88, 192513 (2006).）和NiCoMnSb （见S. Y. Yu, L. Ma, G. D. Liu, Z. H. Liu, J. L. Chen, Z. X. Cao, G. H. Wu, B. Zhang, and X. X. Zhang. Appl. Phys. Lett. 90, 242501 (2007).）合金中Ga、In、Sn、Sb元素均较为昂贵，从制作实用智能器件，如微纳驱动器的角度来讲成本较高。此外，NiCoMnGa，MnCoNiGa等材料的母相较脆，在相变过程中易出现碎裂，既不易制备又影响了其功能的稳定性。NiMnAl是传统的形状记忆合金（见S. Morito, T. Kakeshita, K. Hirata, and K. Otsuka, Acta Mater. 46, 5377 (1998).），其中Al的价格极为低廉且其延展性很好，但是它不具有磁性，限制了其在磁场驱动方面的应用。已有的NiCoMnAl虽然同样可以实现磁场驱动马氏体相变（见R. Kainuma,W. Ito, R. Y. Umetsu, K. Oikawa, and K. Ishida, Appl. Phys. Lett. 93, 091906 (2008)），但由于Co本身脆性很高，所以导致NiCoMnAl合金的韧性较低，不利于加工。

发明内容