[发明专利]具有磁场驱动马氏体孪晶重排的磁性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁控形状记忆材料领域，涉及一种可由外磁场驱动马氏体孪晶重排产生宏观应变的磁控形状记忆合金及其制备方法。

背景技术

磁控形状记忆合金是一类新型形状记忆材料，它不但具有传统形状记忆合金受温度场控制的热弹性形状记忆效应，还具有受磁场控制的磁性形状记忆效应。因此，该合金兼有大恢复应变、大输出应力、高响应频率和可通过外磁场微变化实现变形精确控制的综合特性。目前磁控形状记忆合金的最大磁致应变约为10％，最高响应频率可达5000Hz，这样使其可能在大功率水下声纳、微位移器、震动和噪声控制、线性马达、微波器件、机器人等领域有重要应用，有望成为继压电陶瓷和磁致伸缩材料之后的新一代集驱动与传感于一体的材料。但常规磁控形状记忆合金存在单晶偏析严重，多晶韧性差，可重复性能不理想和居里点偏低等缺陷，极大阻碍该合金的研究和应用。

磁控形状记忆合金表现为：当一定形状的母相样品冷却至马氏体相变温度以下形成马氏体后，在马氏体状态下施加一定的外加磁场，样品发生一定的形变，随着外加磁场的卸除，伴随马氏体孪晶界面的逆向推移，材料会自动回复至原始形状。因此，磁控形状记忆效应的微观机制依赖于合金的微观组织，即孪晶马氏体的形成。但是，纯粹的马氏体组织又会导致材料的力学性能不足，难以实现工业推广。因此期望磁控形状记忆合金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来实现其工业推广。

发明内容

技术问题：本发明提供一种具有铁磁性和双向形状记忆效应，具有较大的磁致应变，较宽的马氏体相变温度范围以及良好力学性能的具有磁场驱动马氏体孪晶重排的磁性材料，同时提供一种该材料的制备方法。

技术方案：本发明的制备具有磁场驱动马氏体孪晶重排的磁性材料的方法，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Ga置于坩埚中真空熔炼，其中，28≤x≤42，25≤y≤32，23≤z≤35，0.5≤j≤10，x+y+z+j＝100，其熔炼条件为：a.1×10^-3到1×10^-5MPa的真空状态；b.熔炼温度为1300～1500℃；c.熔炼过程采用磁搅拌；d.熔炼时间为0.5～2小时；

然后将上述真空熔炼得到的合金锭进行真空退火处理，处理条件为：温度550～1200℃；时间：0.5～100小时；真空度：1×10^-2～1×10^-3MPa；

最后，以0.01～1000℃/秒的降温速度冷却至室温，即得到最终的磁性材料。

本发明方法的优选方案中，坩埚为水冷坩埚。

本发明的具有磁场驱动马氏体孪晶重排的磁性材料，是根据上述方法制备得到，组分为Co_xNi_yAl_zGa_j。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的磁性材料具有较大的成分范围，其原子组分为：Co_xNi_yAl_zGa_j；其中，28≤x≤42，25≤y≤32，23≤z≤35，0.5≤j≤10，x+y+z+j＝100，x、y、z、j表示原子百分比含量。本发明的磁性材料与现有材料相比，具有以下优点：

其在外磁场作用下能够获得较大的磁致应变，传统多晶磁控形状记忆合金磁致应变量较小，而该合金在外磁场作用下可以达到3‰的变形量。

其马氏体相变温度可以通过改变Co，Ni，Al，Ga的组成配比而改变，同时其具有较宽的相变温度范围：-130℃～270℃。

在二元Ni-Ga相图中，富Co，Ni端可以生成金属间化合物Ga₃Ni₅，该金属间化合物具有良好磁性和力学性能，能够大幅提高Co_xNi_yAl_zGa_j合金的磁性以及力学性能，改善了磁控形状记忆合金的多晶脆性。

降低成本，相对于其他磁控形状记忆合金来说，该合金含Ga量少，含铝量高，合金成本有所降低。