一种铁磁马氏体相变MM′X-Y金属复合功能材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种MM′X‑Y金属复合功能材料及其制备方法，包括如下组分及其体积百分比：A％的MaM′bXc和B％的Y，其中：M、M′为过渡族元素；X为IIIA或IVA族元素；Y为IB族、IIB族、IIIA族、IVA族中一种元素或一种以上元素的合金；a、b、c的取值范围为：0.8～1.2；A％与B％的和为100％；经熔炼、退火、破碎、混合、压制、固化等步骤制备。本发明专利技术MM′X‑Y金属复合功能材料具有比传统MM′X材料更高的机械性能，并且具有良好的磁热效应，能够很好的应用到制造功能材料方面；本发明专利技术的制备方法可以根据实际需要制作任意形状和尺寸的MM′X‑Y金属复合功能材料，且工艺简单，易于操作和实现工业化生产，对实际应用具有重要的意义。

A MM 'X Y metal composite material and preparation method thereof

The invention provides a MM 'X Y metal composite material and a preparation method thereof, which comprises the following components: A% and the volume percentage of M

【技术实现步骤摘要】
一种MM′X-Y金属复合功能材料及其制备方法
本专利技术涉及金属材料
，具体涉及一种MM′X-Y(M和M′为过渡族元素，X为IIIA或IVA族元素)金属复合功能材料及其制备方法。
技术介绍
马氏体相变是固态相变中一种非常重要的非扩散型晶体结构相变，相变性质为一级。相变时，高温母相格点在原子尺度内发生无扩散位移型切变，因此又被称为位移型相变。值得注意的是，在相变过程中，相变前后两相化学成分保持不变，但材料的晶体结构发生显著的改变。通常，人们称高温母相为奥氏体，低温产物为马氏体。马氏体相变材料在钢的强化、材料韧化、减小淬火变形、形状记忆效应、超弹性及伪弹性等方面都有诸多应用，是良好的功能材料。由于马氏体相和母相的结构存在很大差异，在马氏体相变过程中往往伴随着剧烈的晶体结构变化，这一效应被应用在形状记忆合金中，即把具有某种形状的材料从高于马氏体相变温度(TM)的高温冷却，使之形成低温马氏体相，在此状态下加载变形，然后，将材料升温至马氏体逆相变温度(TA)以上，材料又恢复到原来的形状。而传统的形状记忆合金主要由温度和应力变化来控制其形变，这导致其响应频率低，且灵敏度提升困难。近年来，研究发现，除了温度场和应力场外，一些材料的马氏体相变还能够被磁场调控，这种兼有铁磁性和热弹性马氏体相变的新型材料被称为铁磁马氏体相变合金(Ferromagneticmartensitictransitionalloys)。由于磁相变和结构相变耦合导致晶体结构、磁性、电性同时发生剧烈变化，从而使铁磁形状记忆合金表现出丰富的磁性功能特性，如形状记忆效应、磁致伸缩、磁电阻效应、霍尔效应、磁热效应等。丰富的磁性能和潜在的应用价值使得铁磁马氏体相变合金成为广受关注的新型功能材料。目前，铁磁马氏体相变合金中最大的一类是Heusler合金，包括Ni-Mn-Ga，Ni-Mn-Al，Ni-Mn-In，Ni-Mn-Sn等。最近，研究人员发现了一种新型铁磁马氏体相变材料MM′X(M和M′为过渡族元素，X为IIIA或IVA族元素)合金，如MnCoGe、MnNiGe等。该MM′X合金通过成分和工艺的调节也表现出磁场诱导的铁磁马氏体相变，在相变过程中伴随着巨大的晶体结构变化和磁热效应，并且其相变温度能够在很宽的温区内调节。因此，可以作为形状记忆效应材料、负膨胀材料、磁制冷材料等多功能材料，被认为是新一代铁磁马氏体相变功能材料。然而，MM′X功能材料由于在马氏体相变过程中出现巨大的晶体结构畸变，产生巨大的内应力，导致该类材料相变后碎化，无法进行成型和机械加工，极大地限制了这类马氏体相变材料的应用。而目前对改善MM′X功能材料力学性能的研究还鲜有报道。鉴于以上研究背景及MM′X功能材料亟待解决的关键问题，如何制备机械性能良好的MM′X功能材料已成为当下研究的重点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种MM′X-Y金属复合功能材料及其制备方法，能够制备出兼具良好机械性能和铁磁马氏体相变的MM′X-Y金属复合功能材料，并表现出良好的磁制冷性能，能极大地推进该功能材料的应用。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种MM′X-Y金属复合功能材料，包括如下组分及其体积百分比：A％的MaM′bXc和B％的Y，其中：M、M′为过渡族元素中的任意一种元素或一种以上元素的合金；X为IIIA或IVA族元素中的任意一种元素或一种以上元素的合金；Y为IB族、IIB族、IIIA族、IVA族中的任意一种元素或一种以上元素的合金；a、b、c的取值范围为：0.8～1.2；A％与B％的和为100％。根据以上方案，所述A％为50％～95％、B％为5％～50％。根据以上方案，所述A％为60％～90％、B％为10％～40％。一种MM′X-Y金属复合功能材料的制备方法，包括如下步骤：1)按MaM′bXc的化学式配制原料；2)将配制好的原料放入熔炼炉中，熔炼炉抽真空后用氩气清洗，之后在氩气保护下对配制好的原料进行熔炼，得到MaM′bXc合金；3)将MaM′bXc合金进行真空退火处理；4)将经真空退火后的MaM′bXc合金、Y材料分别破碎、过筛成粉末；5)分别量取体积百分比为A％的MaM′bXc合金粉末、B％的Y材料粉末，混合均匀；6)将混合均匀的粉末在磁场下压制成型，得到成型材料；7)将成型材料进行固化，即得到产品MM′X金属复合功能材料。根据以上方案，所述M或M′为Mn元素时，Mn按1％～10％的原子比过量添加，用于补偿其在制备过程中的挥发和烧损，从而获得单相。根据以上方案，所述M或M′为Mn元素时，Mn按2％～5％的原子比过量添加。根据以上方案，所述熔炼炉抽真空后的压力控制在小于或等于3×10-3Pa，熔炼温度为1300℃以上、熔炼时间为0.5～10min。根据以上方案，所述熔炼炉抽真空后的压力为2×10-3～3×10-3Pa，熔炼温度为1300～1700℃、熔炼时间为2～3min。根据以上方案，所述真空退火的温度为600～1100℃、时间为1～30天。根据以上方案，所述真空退火的温度为700～900℃、时间为5～15天。根据以上方案，所述破碎采用研磨、振动磨、滚动磨、球磨、气流磨等中的任意一种或一种以上的组合，所述过筛为过大于10目的标准筛，所述粉末的粒径小于2mm。根据以上方案，所述过筛为过100～300目的标准筛，所述粉末的粒径为0～0.2mm。根据以上方案，所述压制成型为通过压延法、模压法、挤压法、粉末注射成形法、或放电等离子体烧结法将粉末压制成所需的尺寸和形状，所述压制成型的压力为300～1500MPa、温度为0～900℃、时间为1～240min，所述磁场的强度为0～5T。根据以上方案，所述压制成型的压力为600～1000MPa、温度为0～500℃、时间为5～60min，所述磁场的强度为0～2T。根据以上方案，所述固化的温度为0～900℃、时间为1～15天。根据以上方案，所述固化的温度为0～500℃、时间为2～7天。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术提供了一种新型的MM′X-Y金属复合功能材料；2)本专利技术制备的MM′X-Y金属复合功能材料具有比传统MM′X材料更高的机械性能；3)本专利技术制备的MM′X-Y金属复合功能材料具有良好的磁热效应，能够很好的应用到制造磁制冷材料方面；4)本专利技术的制备方法可以根据实际需要制作成任意形状和尺寸的MM′X-Y金属复合功能材料；5)本专利技术的制备方法工艺简单，易于操作和实现工业化生产，对实际应用具有重要的意义。附图说明图1为本专利技术实施例1制得的熔炼后的Mn0.6Fe0.4NiSi0.5Ge0.5的形貌图；图2为本专利技术实施例1制得的70％Mn0.6Fe0.4NiSi0.5Ge0.5+30％In金属复合功能材料的形貌图；图3为本专利技术实施例1制得的70％Mn0.6Fe0.4NiSi0.5Ge0.5+30％In金属复合功能材料的应力-应变曲线图；图4为本专利技术实施例1制得的70％Mn0.6Fe0.4NiSi0.5Ge0.5+30％In金属复合功能材料在不同磁场下DS对温度的依赖关系图；图5为本专利技术实施例2制得的75％Mn0.6Fe0.4NiSi0.5Ge0.5+25％In金属复合功能材料的应力-应变曲线图；图6为本专利技术实施例3制得的80％M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MM′X‑Y金属复合功能材料，其特征在于，包括如下组分及其体积百分比：A％的M

【技术特征摘要】
1.一种MM′X-Y金属复合功能材料，其特征在于，包括如下组分及其体积百分比：A％的MaM′bXc和B％的Y，其中：M、M′为过渡族元素中的任意一种元素或一种以上元素的合金；X为IIIA或IVA族元素中的任意一种元素或一种以上元素的合金；Y为IB族、IIB族、IIIA族、IVA族中的任意一种元素或一种以上元素的合金；a、b、c的取值范围为：0.8～1.2；A％与B％的和为100％。2.根据权利要求1所述的MM′X-Y金属复合功能材料，其特征在于，所述A％为50％～95％、B％为5％～50％。3.根据权利要求1所述的MM′X-Y金属复合功能材料，其特征在于，所述A％为60％～90％、B％为10％～40％。4.一种MM′X-Y金属复合功能材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)按MaM′bXc的化学式配制原料；2)将配制好的原料放入熔炼炉中，熔炼炉抽真空后用氩气清洗，之后在氩气保护下对配制好的原料进行熔炼，得到MaM′bXc合金；3)将MaM′bXc合金进行真空退火处理；4)将经真空退火后的MaM′bXc合金、Y材料分别破碎、过筛成粉末；5)分别量取体积百分比为A％的MaM′bXc合金粉末、B％的Y材料粉末，混合均匀；6)将混合均匀的粉末在磁场下压制成型，得到成型材料；7)将成型材料进行固化，即得到产品MM′X金属复合功能材料。5.根据权利要求4所述的MM′X-Y金属复合功能材料制备方法，其特征在于，所述M或M′为Mn元素时，Mn按1％～10％的原子比过量添加。6.根据权利要求4所述的MM′X-Y金属复合功能材料制备方法，其特征在于，所述M或M′为Mn元素时，Mn按2％～5％的原子比过量添加。7.根据权利要求4所述的MM′X-Y金属复合功能材料制备方法，其特征在于，所述熔炼炉抽真空后的压力控制在小于或等于3×10-3Pa，熔炼温度为1300℃以...

【专利技术属性】
技术研发人员：张虎，陶坤，龙克文，王一旭，吴美玲，龙毅，
申请(专利权)人：佛山市程显科技有限公司，佛山市川东磁电股份有限公司，北京科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44