Ni-Mn-Ga单晶合金颗粒的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ni-Mn-Ga单晶合金颗粒的制备方法，是通过将制备的Ni-Mn-Ga多晶合金锭制备为非晶合金丝，非晶合金丝转化为多晶合金丝后再转化为单晶合金颗粒的方法，步骤为：制备Ni-Mn-Ga合金锭；将合金锭加热至熔化，冷却后得到非晶合金丝；再将非晶合金丝热处理，得到多晶合金丝；最后将多晶合金丝破碎成单晶合金颗粒。与现有技术相比，采用本发明专利技术提供的方法制备而得的单晶的合金颗粒裂纹等缺陷少，颗粒呈现长条形，有利于复合材料磁致应变的发挥；本发明专利技术工艺简单，生产成本低，制备时间短，具有很大的市场及应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料领域，具体为一种合金的制备方法，尤其是Ni-Mn-Ga单晶合金颗粒的制备方法。
技术介绍
形状记忆合金(shapememoryalloy)，即拥有“记忆”效应的合金，具有形状记忆效应(shapememoryeffect)，广泛应用于临床医疗、航空航天等领域，例如人造骨骼、伤骨固定加压器、牙科正畸器、各类腔内支架、栓塞器、心脏修补器、血栓过滤器、介入导丝和手术缝合线、人造卫星天线；形状记忆合金还可应用于日常生活，例如防烫伤阀、眼镜框架和移动电话天线和火灾检查阀门等。随着形状记忆合金材料的出现和开发利用，其在智能材料系统中受到高度重视，应用前景广阔。据了解，磁致应变合金(即磁性形状记忆合金)是一种新型的形状记忆材料，既能实现温控又能实现磁控。Ni-Mn-Ga合金是继传统形状记忆材料和磁致伸缩材料之后开发出来的一类新型功能材料——铁磁形状记忆材料，其显著特征是它的马氏体孪晶变体可以由外加磁场驱动重新排列或退孪晶化而显示出磁致应变；它不仅具有传统形状记忆合金的温控形状记忆效应和大输出应变，还兼有铁磁性、大磁致应变、大输出应力、高响应频率和可精确控制等特点，具有潜在的应用价值。自上世纪90年代以来，一直是材料科学的研究热点。由于Ni-Mn-Ga合金多晶体周围晶界的束缚，多晶体表现出远低于单晶的磁致应变量，另外Ni-Mn-Ga合金属于哈斯勒型(Heusler)金属间化合物，其本征脆性也限制了其工程应用，因此，为了解决上述在实际应用中带来的困难，现有的关于Ni-Mn-Ga合金的研究现状可分为以下几种：(一)Ni-Mn-Ga合金薄膜或纤维由于Ni-Mn-Ga合金被制备成类似为一维(纤维)或二维(薄膜)材料，比起三维的块体材料，大大减小周围晶粒的束缚，因此可能会表现出较大的磁致应变，另外也有利于改善脆性问题。如Ni-Mn-Ga合金薄膜是用磁控溅射或分子束取向生长等方法制备薄膜合金，具有在微电子机械系统方面的应用价值，但薄膜或纤维只能用于特定的应用场所。(二)Ni-Mn-Ga单晶块体由于三维的单晶材料在发生磁致应变时候没有晶界的约束，表现出较大的应变，且可随技术的发展，应变能力逐渐提高，如：从1996年报道的6％到现在的10％以上，单晶材料是目前已知的具有最大的磁致应变量的结构。然而单晶材料制备成本高，设备复杂，单晶的尺寸受限等等问题较难解决。(三)Ni-Mn-Ga/有机物复合材料从2003年开始，美国MIT的J.Feuchtwanger，东京工大的HidekiHosoda，加拿大的R.Ham-Su等学者借鉴磁致伸缩聚合物基复合材料的成功方法，提出了Ni-Mn-Ga/有机物复合材料的思路，即设想利用有机基体来保证复合材料的韧性，同时NiMnGa合金颗粒可以提供功能特性，并进行了大量的研究，这一想法一经提出，立即引起了国际上众多科研工作者的关注。(HosodaH,TakeuchiS,InamuraT,etal.Materialdesignandshapememorypropertiesofsmartcompositescomposedofpolymerandferromagneticshapememoryalloyparticles[J].SciTechnAdvMater,2004,5:503)(田兵等，NiMnGa铁磁性形状记忆合金颗粒/树脂智能复合材料的研究进展[J].材料导报:综述篇,2009,23(3):9-12,21)(李爱群等，铁磁形状记忆合金研究进展与展望1：材料、力学特性[J].防灾减灾工程学报,2011,31(1):1-14)。但值得一提的是，为了在Ni-Mn-Ga/有机物复合材料中获得显著的磁控形状记忆效应，必须使单晶的Ni-Mn-Ga颗粒在复合材料中有序的排列，形成一种类似于3-1型的复合材料(3-1型复合材料指的是树脂基体呈现三维方向分布，增强体也就是Ni-Mn-Ga颗粒在树脂基体中有序化排列指向同一方向)。这样一来，在使用过程中，外磁场作用下，每个Ni-Mn-Ga颗粒的磁致应变就会叠加，因此Ni-Mn-Ga/树脂基复合材料就会表现极大的磁致应变量。故在磁致应变合金/有机物复合材料的制备中，Ni-Mn-Ga合金颗粒的获得是一个关键的科学问题，仍然需要解决单晶Ni-Mn-Ga合金颗粒的制备问题。现有技术中，普遍采用电弧熔炼好的Ni-Mn-Ga合金铸锭为原料，运用诸如机械破碎法、电火花腐蚀法、机械磨球法、熔液抽拔法等方法制备合金颗粒。但是，机械破碎法制备的合金颗粒一般呈片状，另外由于长时间高强度的研磨，使得颗粒具有较大的裂纹等缺陷，对复合材料的性能不利；电火花腐蚀法设备复杂，成本高，颗粒呈球形，影响性能；又如中国专利技术专利CN100455385C公开的NiMnGa磁性记忆合金微米级颗粒的制备方法，采用行星式球磨机，通过控制磨球大小、球料比、球磨机转速、球磨时间和添加合适的有机助剂后进行热处理，制备出颗粒度在100微米以内的Ni48-55Mn24-30Ga20-25(at.％)磁性记忆合金颗粒，这种微米级NiMnGa磁性记忆合金颗粒既可以用作制备NiMnGa复合材料的原材料，也可以作为一种颗粒磁致冷材料，但其仍然具有机械破碎法中出现的问题；熔液抽拔法虽然克服了机械破碎法的缺陷，制备呈竹节状的颗粒后再进行破碎，虽然有利于颗粒有序排列，但其生产设备结构复杂、对轮鼓要求过高，加工难度大，以致成本过高。综上述，现有技术中有关Ni-Mn-Ga磁致应变合金公开较多的是其磁致应变性能的研究，以及何种成分的Ni-Mn-Ga合金易有最大的磁致应变性能，而并没有公开如何生产出单晶合金颗粒(具有大磁致应变性能的颗粒)的方法，也未提及一套可借鉴的工艺简单的制备性能优良Ni-Mn-Ga单晶合金颗粒的方法。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种成本低、工艺简单、单晶性能优良的Ni-Mn-Ga合金颗粒的制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：Ni-Mn-Ga单晶合金颗粒的制备方法，是通过将制备的Ni-Mn-Ga多晶合金锭制备为非晶合金丝，非晶合金丝转化为多晶合金丝后再转化为单晶合金颗粒的方法，包括以下步骤：步骤a)制备Ni-Mn-Ga合金锭；步骤b)将步骤a所得合金锭加热至熔化，冷却后得到Ni-Mn-Ga非晶合金丝；步骤c)将步骤b所得非晶合金丝热处理，得到Ni-Mn-Ga多晶合金丝；步骤d)将步骤c所得多晶合金丝破碎。优选地，步骤a的具体操作可参照现有技术，仅需注意选择合适本文档来自技高网...

【技术保护点】
Ni‑Mn‑Ga单晶合金颗粒的制备方法，其特征在于：是通过将制备的Ni‑Mn‑Ga多晶合金锭制备为非晶合金丝，非晶合金丝转化为多晶合金丝后再转化为单晶合金颗粒的方法。

【技术特征摘要】
1.Ni-Mn-Ga单晶合金颗粒的制备方法，其特征在于：是通过将制备的Ni-Mn-Ga多晶合金
锭制备为非晶合金丝，非晶合金丝转化为多晶合金丝后再转化为单晶合金颗粒的方法。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a)制备Ni-Mn-Ga合金锭；
步骤b)将步骤a所得合金锭加热至熔化，冷却后得到Ni-Mn-Ga非晶合金丝；
步骤c)将步骤b所得非晶合金丝热处理，得到Ni-Mn-Ga多晶合金丝；
步骤d)将步骤c所得多晶合金丝破碎。
3.权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤b中的冷却为快速冷却。
4.权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤b的具体操作为：将制备的Ni-Mn-Ga合金
锭放入一容腔中，在无氧和/或缺氧条件下加热并保温，并将熔化后熔液加压喷射到冷却
介质中，从而得到Ni-Mn-Ga非晶合金丝。
5.权...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙小刚，魏克湘，吴安如，
申请(专利权)人：湖南工程学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43