[发明专利]一种超高强度铁磁性形状记忆合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高强度铁磁性形状记忆合金及其制备方法，属于金属合金技术领域。

背景技术

Ni-Mn-Ga形状记忆合金是一类新型智能铁磁性形状记忆材料，兼有热弹性马氏体相变和铁磁性转变，不但具有传统形状记忆合金受温度场控制的形状记忆效应，而且还可在磁场作用下产生形状记忆效应。其磁控形状记忆效应的响应频率接近压电陶瓷，输出应变接近传统的温控形状记忆合金，是一种极具工程应用前景的智能材料。因其独特的特点使其在驱动器和传感器方面也得以广泛应用。

但是，Ni-Mn-Ga块体材料尚存在脆性大、强度低、磁熵变低和恢复力小等缺点，极大地限制了该材料的工程应用及其发展。这些成为磁驱动记忆合金应用和发展的主要瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高强度铁磁性形状记忆合金，其合金的化学组成按原子百分比为52份Ni、29份Mn、15份Ga和4份Cu；

其合金的断裂强度为3171MPa，饱和磁化强度为51emu/g，合金的组织结构为四方结构的非调制T型马氏体。

本发明的另一目的在于提供上述超高强度铁磁性形状记忆合金的制备方法，包括如下步骤：

①将Ni、Mn、Ga和Cu按照设定的原子百分比放入真空非自耗电极电弧炉中；其中，放置顺序从上到下依次为Ni、Ga、Mn、Cu、Ni；

②惰性气体保护，100A熔炼电流、8A磁搅拌电流作用下熔炼15~20min，用丙酮清洗熔炼后的金属块体；然后封入真空度为10^-1Pa的石英管中，在850℃的条件下保温24h再淬入水中；即得到超高强度Ni₅₂Mn₂₉Ga₁₅Cu₄铁磁性形状记忆合金。

本发明的上述制备方法中，惰性气体优选为氩气。

本发明的上述制备方法中的任一技术方案，步骤②中丙酮清洗前还包括对熔炼后的金属块体表面除杂质的步骤。本领域的技术人员根据现有技术，可通过机械抛光去除表面杂质。

本发明具有以下优点：

1、本发明制备的Ni₅₂Mn₂₉Ga₁₅Cu₄合金断裂强度在3171MPa，比现有Ni₅₀Mn₃₀Ga₁₈Cu₂合金提高到3.9倍；

2、本发明制备的Ni₅₂Mn₂₉Ga₁₅Cu₄合金的饱和磁化强度为51emu/g，与现有Ni₅₀Mn₃₀Ga₁₈Cu₂合金几乎相当；

3、对本发明制备的合金进行室温压缩测试，结果本发明制备的合金的断裂应变为现有Ni₅₀Mn₃₀Ga₁₈Cu₂合金的1.2倍，说明本发明制备的Ni₅₂Mn₂₉Ga₁₅Cu₄合金韧性大；

4、对本发明制备的合金进行室温XRD检测，Ni₅₂Mn₂₉Ga₁₅Cu₄合金在室温具有T型非调制四方结构的马氏体，而Ni₅₀Mn₃₀Ga₁₈Cu₂合金在室温具有单斜的7M马氏体结构。

附图说明

本发明附图3幅，

图1为Ni₅₂Mn₂₉Ga₁₅Cu₄合金和现有Ni₅₀Mn₃₀Ga₁₈Cu₂合金的室温压缩应力和应变曲线；其中，1为现有Ni₅₀Mn₃₀Ga₁₈Cu₂合金的压缩曲线，2为Ni₅₂Mn₂₉Ga₁₅Cu₄合金的压缩曲线。