[发明专利]一种具有磁场可控变形的稀土磁性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于形状记忆材料领域，涉及一种具有磁场可控变形的稀土磁性材料及其制备方法。

背景技术

近年来，磁控形状记忆合金由于具有快速响应频率和大磁致应变，使得它在高灵敏度磁制动器和传感器领域具有很大的潜在应用价值。

目前，针对磁控形状记忆合金的研究主要集中在几个体系中，如镍锰镓合金，钴镍镓合金，镍铝氟合金，镍锰铝合金和镍钴铝合金等。与其他磁控记忆合金相比，镍钴铝合金有许多的优点，例如良好的延展性，大的磁各向异性和低生产成本。

通常，镍钴铝合金微观组织在有效成分范围内是以β+γ双相形式存在。而在多晶镍钴铝中的β相是脆性相，具有硬脆性质，在低于相转变温度的条件下，合金中的β相会发生马氏体相变，转变为具有热弹性的马氏体孪晶。马氏体孪晶片在外磁场的作用下会发生定向迁移最终形成宏观应变。与之相反，γ相为韧性相，它的存在显著提高了合金的延展性。因此，双相结构的镍钴铝合金完美地避免了其他磁控形状记忆合金的多晶极端脆性问题。但是，在镍钴铝合金体系中，较低的饱和磁化强度和磁晶各向异性造成合金的磁控形状记忆恢复率较低，因此期望开发出一种新型具有良好磁性能的磁控形状记忆合金来实现其工业推广与应用。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种具有室温及高于室温条件下外磁场控制产生微变形能力的磁场可控变形的稀土磁性材料，同时提供一种该材料的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明的制备具有磁场可控变形的稀土磁性材料的方法，包括以下步骤：

首先将摩尔百分比x％的Co、y％的Ni、z％的Al、j％的Tb置于坩埚中真空熔炼，其中，27≤x≤45，20≤y≤31，20≤z≤34.5，0.5≤j≤8，x+y+z+j＝100，其熔炼条件为：a.1×10^-2MPa到1×10^-3MPa的低真空状态；b.熔炼温度为1400～1550℃；c.熔炼过程采用磁搅拌；d.熔炼时间为0.2～0.3小时；

然后将上述真空熔炼得到的合金锭进行真空磁场热处理，处理条件为：温度550～650℃；时间：18～36小时；真空度：1×10^-2～1×10^-3MPa；施加磁场强度：5×10⁵～5×10⁷A·m^-1；磁场上升速率为：800～1000A·m^-1·s^-1；

随后随炉冷却，冷却速度范围为：0.01～1℃/秒；磁场降低速率为：1000～10000A·m^-1·s^-1；待冷却至室温取出即得到最终的稀土磁性材料。

本发明的具有磁场可控变形的稀土磁性材料，由上述方法制备得到，化学式为：Co_xNi_yAl_zTb_j；其中，27≤x≤45，20≤y≤31，20≤z≤34.5，0.5≤j≤8，x+y+z+j＝100，x、y、z、j表示摩尔百分比含量；稀土Tb在Co-Ni-Al合金中富Co的第二相中析出，并与Co元素生成金属间化合物Co₅Tb，Co-Ni-Al合金的γ和β相中Co原子含量比例下降。

本发明材料具有室温及高于室温条件下外磁场控制产生微变形的能力，是一种可在室温及高于室温条件下由外磁场变化驱动马氏体孪晶界迁移产生应变的新型稀土磁控形状记忆合金。本发明磁性材料析出的金属间化合物兼具良好的力学性能和磁性性能的特征。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明提出了一种具有磁场可控变形的稀土磁性材料，该合金相对于其他磁控形状记忆合金在第二相中析出兼有磁性能和力学性能良好的Co-Tb金属间化合物，在保持第二相力学性能同时大大的提高了其磁性能，使合金具有较大的磁致应变，较高的磁致应变温度范围以及良好的力学性能等优点。

本发明的磁场可控变形的稀土磁性材料，具有室温及高于室温条件下外磁场控制产生微变形的能力，是一种可在室温及高于室温条件下由外磁场变化驱动马氏体孪晶界迁移产生应变的一种新型稀土磁控形状记忆合金。本发明稀土磁性材料与现有材料相比，在第二相中析出兼有磁性能和力学性能良好的Co-Tb金属间化合物，在保持第二相力学性能同时大大的提高了其磁性能，使合金具有较宽的磁致应变温度范围，较大的磁致应变量以及良好的力学性能。