[发明专利]一种燃烧反应高温合成NiMnGa磁记忆合金的方法

说明书

一种燃烧反应高温合成NiMnGa磁记忆合金的方法，它涉及一种磁性形状记忆合金的制备方法。本发明首次采用燃烧反应合成一种新型的磁性形状NiMnGa记忆合金，为高温高塑性形状记忆合金的应用拓展了思路。本发明的高强、高塑性的NiMnGa按如下步骤进行制备：按照原子百分比取料、混匀、烧结，即得到高强度高强、高塑性的NiMnGa。本发明制备的磁性形状记忆合金NiMnGa具有韧性好、强度大、组织细小等优点。

技术领域

本发明涉及一种燃烧反应高温合成NiMnGa磁记忆合金的方法。

背景技术

磁驱动形状记忆合金兼具响应频率高和输出应变大的优点，近年来受到高度重视。目前在许多合金中发现了磁驱动形状记忆效应，主要包括：Ni-Mn-Ga，Ni-Fe-Ga，Fe-Pd，Fe-Pt，Ni-Mn-Al，Co-Ni-Ga，Co-Ni-Al以及Ni-Mn-X(X＝In，Sn，Sb)合金等。其中Ni-Mn-Ga是发现最早、也是应用潜力最大的磁驱动形状记忆合金。

1996年，Ullakko等人首次在Ni₂MnGa单晶中获得约0.2％的可逆应变，自此拉开了磁驱动记忆合金的研究序幕，现已成为形状记忆合金领域的研究热点。国内外研究者先后开展磁驱动记忆合金研究，在合金设计和制备、马氏体相变、力学行为、磁学特性、磁感生应变及其微观机制等方面取得了很大进展。中科院物理所在自由样品(无外加应力或预加应力)Ni₅₂Mn₂₄Ga₂₄中获得了高达1.2％单纯由磁场诱导的磁感生应变。2000年，Murray等人在Ni_47.4Mn_32.1Ga_20.5单变体5M马氏体中获得了5.7％的磁感生应变。2002年，Sozinov等人在具有7M马氏体结构的Ni_48.8Mn_29.7Ga_21.5单晶中，在1T磁场作用下，获得了高达9.5％的磁感生应变，这是目前发现的最大磁感生应变。但是，Ni-Mn-Ga单晶材料制备时由分凝效应而引起的成分偏析，难以获得大尺寸成分均匀的单晶材料，且质量重复性和稳定性差，成本高。为此，人们将研究目光投向了多晶Ni-Mn-Ga合金。Ullakko等人在Ni_49.6Mn_28.4Ga₂₂多晶合金中获得了0.3％的磁感生应变，并用热机械训练的方法获得了择优取向的马氏体，将磁感生应变提高至4％。研究发现，Ni-Mn-Ga合金脆性较大，其多晶比单晶更脆，现已采取多种增韧方法，其中包括添加Fe和稀土元素以及粉末冶金细化晶粒等，改善了Ni-Mn-Ga多晶的脆性。Wang等人采用放电等离子烧结技术在工作压力80MPa，烧结温度1173K，烧结时间600s条件下制备了Ni₂MnGa合金，压缩断裂应变达24％，远高于熔铸法制备的相同成分合金(近有8％)。

总之，经过20余年的努力，驱动记忆合金，尤其是Ni-Mn-Ga合金的研究取得了长足的进展，但仍存在一个制约其发展和应用的关键问题—多晶脆性问题。因此，探索改善Ni-Mn-Ga合金的多晶脆性是磁驱动记忆合金领域的重要发展方向和研究重点之一。

Ni-Mn-Ga合金脆性大，机械加工性能较差，在应力作用下断裂后呈典型的沿晶脆性断裂。目前对于本征脆性较为一致的看法是：由于组成合金的原子尺寸、化合价以及其它有关电化学性能的不同而在晶界附近形成了不均匀环境，使晶界结合力较低造成的。同时，这种有序金属间化合物具有较高的有序能，晶界原子移动较小，使得晶界处的原子可视为晶界一侧的原子排列或属于另一侧的原子排列，这种晶界两侧的错配引起的柱状空穴导致了晶界的脆性；另外，单胞体积较大使得位错运动柏氏矢量变大，独立滑移系少，且晶界的特殊结构造成滑移不易通过晶界，也是合金具有本征沿晶脆性的原因。国内外学者通过大量工作改善Ni-Mn-Ga合金的塑性，提高其韧性，但尚未探索出更好的解决方案。

发明内容