[发明专利]一种镍铁基含氮合金磁致伸缩材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍铁基含氮合金磁致伸缩材料及其制备方法，具体涉及一种具有良好耐酸碱盐腐蚀的镍铁基含氮合金磁致伸缩材料及其制备方法。

背景技术

磁致伸缩材料在驱动器、传感器和换能器等领域具有巨大的潜在应用价值。磁致伸缩系数λ大于30ppm的材料一般称为高磁致伸缩材料。例如，广泛应用的Galfenol合金即Fe₈₁Ga₁₉合金室温下的磁致伸缩系数为34ppm。Er掺杂的Fe₈₃Ga₁₇Er_x合金磁致伸缩系数在20ppm～40ppm之间。但是，炉冷处理使合金的磁致伸缩性能下降，除Fe₈₃Ga₁₇Er_0.2合金的性能较高为37ppm以外，其他均在25ppm左右。近年来，通过Tb掺杂，可以将磁致伸缩系数提高到85ppm，但Ga的价格约为Ni价格的11倍，Tb的价格更高，是Ni价格的44倍，由此昂贵的价格限制了该类材料的大规模应用。

目前，NiFe₂O₄的磁致伸缩系数在20～80ppm范围，对其性能的改进方法主要集中于在Ni²⁺和Fe³⁺位进行掺杂，包括在Fe³⁺位掺杂Mn,Cr,Al,Ga，Zr；在Ni²⁺位掺杂Ge等。至今尚未见在O^2﹣位进行掺杂的报道。虽然纯NiFe合金也是传统的磁致伸缩材料，其磁致伸缩系数也在20～80ppm范围，但纯合金材料易被氧化和腐蚀，从而影响器件性能。

基于上述考虑，开发一种具有更大磁致伸缩系数、价格便宜、易于制备，同时又耐腐蚀的材料意义重大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有良好耐酸碱盐腐蚀的镍铁基含氮合金磁致伸缩材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种镍铁基含氮合金磁致伸缩材料，可由镍铁氧在H₂/N₂混合气氛(优选氢气与氮气的体积百分数为4％∶96％)下，800℃～1000℃下还原2～4h，得到单相镍铁合金；接着在NH₃气氛下，退火温度500～1000℃，退火2h制成。

进一步，所述镍铁氧是按照镍：铁元素摩尔比为1：2，称取二价镍盐、三价铁盐样品加入蒸馏水，在50～60℃磁力搅拌使其完全溶解，然后加入柠檬酸和乙二醇，再滴加氨水调节PH值为6～8；接着水浴60～80℃机械搅拌至样品成凝胶状，放入烘箱内在180～220℃发烟，取出放入高温加热设备中在800℃～1000℃，高温烧结2～4h制成。

进一步，所述二价镍盐为硝酸镍、氯化镍或硫酸镍，所述三价铁盐为硝酸铁、氯化铁或硫酸铁。

进一步，所述镍铁氧是将二苄醚、油胺、油酸、称量好的乙酰丙酮铁和乙酰丙酮镍加入到三口圆底烧瓶中，30～40℃磁力搅拌20～30min，加热到100～120℃恒温30～40min，然后加热到180～200℃恒温2～2.5h，最后再加热到290～300℃恒温30～60min制成。

进一步，所述镍铁氧是经过SiO₂和磁性粒子按比例1：1进行包覆制成。

本发明进一步解决其技术问题采用的技术方案是，一种镍铁基含氮合金磁致伸缩材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)镍铁氧的制备：按照镍：铁元素摩尔比小于1：2，称取二价镍盐、三价铁盐样品放入烧杯中，加入水，在50～60℃下磁力搅拌使其完全溶解，然后加入柠檬酸和乙二醇，再滴加氨水调节PH值为6～8，接着在水浴60～80℃机械搅拌至样品成凝胶状，将样品放入烘箱内在180～220℃发烟，取出放入高温加热设备中在800℃～1000℃，高温烧结2～4h，制得镍铁氧(NiFe₂O₄)；

(2)单相镍铁合金的制备：将镍铁氧在在氢气气氛或氢氮混合气氛下，800℃～1000℃下还原2～4h，得到单相镍铁合金(NF)；

(3)镍铁基含氮合金磁致伸缩材料的制备：将步骤(1)中制备的单相镍铁合金在NH₃气氛下，退火温度500℃～1000℃，退火2h，即得镍铁基含氮合金材料(NFN)。

进一步，所述镍铁基含氮合金磁致伸缩材料的制备方法，包括以下步骤：