[发明专利]一种具有纳米共晶片层结构的铁磁性形状记忆合金

说明书

本发明公开了一种具有纳米共晶片层结构的铁磁性形状记忆合金。铁磁性形状记忆合金的化学式可表示为Ni_51.5Mn_40‑xFe_xSn_8.5，0＜x≤8。这种具有纳米共晶片层结构的铁磁性形状记忆合金的制备方法，包括以下步骤：1)按照Ni_51.5Mn₃₄Fe₆Sn_8.5合金的原子百分比组成，将Ni源、Mn源、Fe源和Sn源混合，放入金属熔炼炉中；2)在惰性气体保护下进行熔炼，得到Ni_51.5Mn₃₄Fe₆Sn_8.5合金。本发明的Ni_51.5Mn₃₄Fe₆Sn_8.5铁磁性形状记忆合金是由Heusler基相和γ相的纳米共晶片层结构组成，其马氏体相变温度为303K，具有韧性大、强度高、生产工艺简便的特点。

技术领域

本发明涉及金属合金技术领域，特别是涉及一种具有纳米共晶片层结构的铁磁性形状记忆合金。

背景技术

Ni-Mn基Heusler(哈斯勒)磁性形状记忆合金是一种集“传感”与“驱动”于一体的新型功能材料，不仅拥有较大的磁诱发应变，还具备超高的响应频率，也因此成为了极具应用前景的驱动材料。Ni-Mn-Ga基合金作为最早发现的磁性形状记忆合金，其磁感生应变来源于外磁场作用下马氏体孪晶变体重排产生的宏观应变，输出应力较小。而Ni-Mn-X(X＝In,Sb,Sn)合金的应变机制为由两相的Zeeman能差异作为驱动力的磁诱发马氏体逆相变，可获得比Ni-Mn-Ga基合金高两个数量级的输出应力，从而更受关注。

但是，Ni-Mn-X(X＝In,Sb,Sn)Heusler合金仍存在脆性大的缺点，制约了其在工业上的实际应用。改善这类合金的机械性能已经成为形状记忆合金的一个重要的研究方向。

发明内容

为了克服现有技术中Ni-Mn-Sn基Heusler磁性形状记忆合金脆性大的问题，本发明的目的之一在于提供一种具有纳米共晶片层结构的铁磁性形状记忆合金；本发明的目的之二在于提供这种具有纳米共晶片层结构的铁磁性形状记忆合金的制备方法。

为了改善上述的技术问题，本发明人曾在Ni₅₀Mn₃₄Fe₆Sn₁₀中发现接近共晶的显微结构(亚共晶)，但是其相变温度较低(150-200K)，并不适合实际应用。因此，增加Ni含量而降低Sn含量，可以得到接近室温的马氏体相变。具体原理如下：马氏体相变温度随着合金Heusler基相的价电子浓度的上升而上升，不同元素的价电子浓度如下：Mn(7)，Ni(10)，Fe(8)and Sn(4)，增加Ni含量的同时降低Sn含量，可有效提高合金马氏体相变温度。将合金的马氏体相变温度调整到室温附近，有利于合金材料的实际应用。同时Ni为面心立方结构，在Heusler结构中超出50at％的Ni会诱发面心立方的γ相析出，所以随着Ni含量的增加，γ相可进一步析出，使亚共晶结构变成完全共晶结构，从而实现材料进一步增强增韧的效果。因此，本发明的合金组成方案考虑了在形成由Heusler基相和γ相共晶片层结构的同时，调整马氏体相变温度到一个合适的范围，使其接近室温。

为了实现上述的目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供了一种铁磁性形状记忆合金，其化学式为Ni_51.5Mn_40-xFe_xSn_8.5，0＜x≤8。合金的化学式中，51.5、40-x、x、8.5分别表示Ni、Mn、Fe、Sn的原子百分比。