一种具有纳米共晶片层结构的铁磁性形状记忆合金制造技术

本发明专利技术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

A ferromagnetic shape memory alloy with the structure of nano co wafer layer

The invention discloses a ferromagnetic shape memory alloy with a nano co wafer layer structure. The chemical formula of ferromagnetic shape memory alloy can be expressed as Ni

【技术实现步骤摘要】
一种具有纳米共晶片层结构的铁磁性形状记忆合金
本专利技术涉及金属合金
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术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；本专利技术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，本专利技术人曾在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)andSn(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，本专利技术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，本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术提供了一种铁磁性形状记忆合金，其化学式为Ni51.5Mn40-xFexSn8.5，0＜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。进一步的，这种铁磁性形状记忆合金的化学式为Ni51.5Mn34Fe6Sn8.5；该合金中，Ni的原子百分比为51.5％，Mn的原子百分比为34％，Fe的原子百分比为6％，Sn的原子百分比为8.5％。这种化学式为Ni51.5Mn34Fe6Sn8.5的铁磁性形状记忆合金是一种具有纳米共晶片层结构的铁磁性形状记忆合金。优选的，这种铁磁性形状记忆合金的显微组织为Heusler基相/γ相的纳米共晶片层结构。具体而言，该γ相片层的平均厚度为250nm，平均片层间距为372nm。本专利技术这种合金的增韧相-γ相片层的尺寸为纳米级，其晶粒细化作用在于实现复合材料的高密度晶界，可实现对脆性Heusler基相解理裂纹的有效控制，增韧效果显著。本专利技术提供了一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Ni51.5Mn34Fe6Sn8.5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，得到具有纳米共晶片层结构的Ni51.5Mn34Fe6Sn8.5铁磁性形状记忆合金。优选的，这种制备方法的步骤1)中，Ni源、Mn源、Fe源和Sn源分别选自各自金属的颗粒或者块状固体原料。选自金属颗粒时，金属颗粒的平均粒径优选为1mm～3mm。优选的，这种制备方法的步骤1)中，Ni源可选用直径约为3mm，高度约为3mm的小圆柱原料；Fe源可选用不规则形状颗粒原料，粒径为2mm左右；Mn源可选用不规则片状原料，其厚度为1mm，长和宽分别为3mm～5mm；Sn源可选用直径约为3mm，高约为3mm的小圆柱原料。优选的，这种制备方法的步骤1)中，Ni源、Mn源、Fe源和Sn源各自金属元素的纯度≥99.99wt％；进一步优选的，Ni源、Mn源、Fe源和Sn源各自金属元素的纯度均为99.995wt％。优选的，这种制备方法的步骤1)中，还包括如下步骤：补加占Ni源、Mn源、Fe源和Sn源总质量0.3％～1％的Mn源。由于Mn的饱和蒸气压较低，在熔炼的过程中，Mn元素的挥发损失超过合金中其他三种元素，因此在配料中可补充适量的Mn元素。进一步优选的，步骤1)中补加占Ni源、Mn源、Fe源和Sn源总质量1％的Mn源。优选的，这种制备方法的步骤1)中，Ni源、Mn源、Fe源和Sn源在使用前分别进行清洗、干燥的预处理。其中，清洗为使用无水乙醇在超声波清洗机中清洗。优选的，这种制备方法的步骤2)中，惰性气体为氩气。优选的，这种制备方法的步骤2)中，熔炼具体是反复熔炼3～5遍，每遍熔炼的时间为4min～6min；进一步优选的，熔炼具体是熔炼4遍，其中正面和反面各2遍，每遍熔炼的时间为5min。优选的，这种制备方法的步骤2)中，熔炼的电流为70A～90A；进一步优选的，熔炼的电流为80A。优选的，这种制备方法的步骤2)中，熔炼的温度为1500℃～1600℃。本专利技术制备得到的这种具有纳米共晶片层结构的Ni51.5Mn34Fe6Sn8.5铁磁性形状记忆合金微观组织为铸态，经熔炼后无需进行热处理。本专利技术的有益效果是：本专利技术制得的Ni51.5Mn34Fe6Sn8.5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。具体而言，本专利技术具有以下的优点：1、本专利技术Ni51.5Mn34Fe6Sn8.5合金与单相母合金Ni51.5Mn40Sn8.5相比，由于加入Fe元素，在Heusler基体相中形成了塑性较好的γ相。由于共晶显微组织的特点，γ相片层平均厚度为250nm，平均片层间距为372nm，在已报道的所有含γ相的Heusler合金中尺寸最小，实现了晶粒细化。γ相在Heusler基体相中分布均匀、取向随机，这对脆性Heusler基体相实现了有效的物理分割，限制了裂纹扩展，从而提高合金塑性和强度。2、本专利技术制备的Ni51.5Mn34Fe6Sn8.5合金断裂强度在1645.25MPa，相对其单相母合金Ni51.5Mn40Sn8.5提高了7.8倍。3、本专利技术制备的Ni51.5Mn34Fe6Sn8.5合金断裂应变在15.18％，相对其单相母合金Ni51.5Mn40Sn8.5断裂应变提高了2.6倍。4、本专利技术Ni51.5Mn34Fe6Sn8.5合金特定比例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁磁性形状记忆合金，其特征在于：/n所述铁磁性形状记忆合金的化学式为Ni

【技术特征摘要】
1.一种铁磁性形状记忆合金，其特征在于：
所述铁磁性形状记忆合金的化学式为Ni51.5Mn40-xFexSn8.5，0＜x≤8。


2.根据权利要求1所述的铁磁性形状记忆合金，其特征在于：所述铁磁性形状记忆合金的化学式为Ni51.5Mn34Fe6Sn8.5。


3.根据权利要求2所述的铁磁性形状记忆合金，其特征在于：所述铁磁性形状记忆合金的显微组织为Heusler基相/γ相的纳米共晶片层结构。


4.一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，其特征在于：包括以下步骤：
1)按照Ni51.5Mn34Fe6Sn8.5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，得到具有纳米共晶片层结构的Ni51.5Mn34Fe6Sn8.5铁磁性形状记忆合金。

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志刚，梁志文，张亚九，向婉婉，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44