[发明专利]一种磁场驱动形变的记忆合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种磁场驱动形变的记忆合金及其制备方法，属于形状记忆合金领域，该合金具有室温条件下外磁场控制产生形变的能力，是一种可在室温条件下由外磁场变化驱动马氏体孪晶界迁移以及逆迁移产生可恢复应变的一种磁控形状记忆合金。该合金化学式为：Ni_xMn_yGa_zFe_j；其中，36≤x≤52，11≤y≤22，7≤z≤12，33≤j≤48，x+y+z+j=100，x、y、z、j表示摩尔百分比含量。本发明磁控形状记忆合金与现有材料相比，其微观组织中存在Fe‑Ga金属间化合物，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，可在室温下使用的高精度驱动器和执行器等领域有重要应用。

技术领域

本发明属于形状记忆合金领域，具体涉及一种磁场驱动形变的记忆合金及其制备方法。

背景技术

形状记忆合金是兼具“感知”和“驱动”两个特点的新型智能材料。其“记忆”的原理为：外力变形后的合金，通过外界因素（温度或磁场等）来恢复原来的形状，产生形状记忆效应。由于形状记忆合金具有产生较大应力和应变的优点，在航空航天、医疗、机械、动力等领域受到广泛应用。但是传统形状记忆合金通过温度来驱动，形状回复响应慢，响应频率低，同时冷却比加热驱动往往更慢并伴随着大量的热损失。

磁控形状记忆合金是一类新型形状记忆材料，它不仅能随温度场的变化而变形，而且随着外磁场的变化而产生一定的变形。磁控形状记忆合金相较于传统的磁致应变材料具有更加出色的塑形性能以及更加低廉的成本，并且具有温度控制的形状记忆效应的同时还具有磁场控制的形状记忆效应，是一种极具研究价值和应用前景的材料之一。目前，研究最多的是Ni₂MnGa合金，但是该合金大都比较脆，相转变温度比较低，尤其是其极端的脆性导致合金无法加工成零件，不符合工程应用的要求，极大的阻碍了该类合金的推广与应用。因此期望开发出一种具有较好的力学性能、室温马氏体相变温度和较大的磁致应变能力的新型磁控形状记忆合金来实现其工业推广。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种磁场驱动形变的记忆合金，同时提供一种该记忆合金的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明的磁场驱动形变的记忆合金制备方法，包括以下步骤：

首先将摩尔百分比x%的Ni、y%的Mn、z%的Ga、j%的Fe置于坩埚中真空熔炼，其中，36≤x≤52，11≤y≤22，7≤z≤12，33≤j≤48，x+y+z+j=100，其熔炼条件为：a. 5×10^-3MPa到1×10^-3MPa的低真空状态；b. 熔炼温度为1400~1500℃；c. 熔炼过程采用磁搅拌；d. 熔炼时间为0.5~1.5小时；

然后将上述真空熔炼得到的合金锭进行磁场热处理，处理条件为：温度800~950℃；时间：4~8小时；；施加磁场强度：1×10⁵~1×10⁶A·m^-1；磁场上升速率为：1200~1500A·m^-1·s^-1；

随后取出热处理后的合金锭进行快速冷却，冷却速度范围为：100~1000℃·s^-1；待冷却至室温取出即得到磁场驱动马氏体重排的记忆合金。

进一步的，本发明的一种磁场驱动形变的记忆合金，由上述方法制备得到，化学式为：化学式为：Ni_xMn_yGa_zFe_j；其中，36≤x≤52，8≤y≤22，6≤z≤12，33≤j≤48，x+y+z+j=100，x、y、z、j表示摩尔百分比含量；合金的基体组织为孪晶马氏体，其第二相中形成了Fe-Ga金属间化合物。