本发明专利技术公开了一种强磁场诱发获得大磁致应变ＮｉＭｎＧａ单变体的方法，是针对ＮｉＭｎＧａ单晶材料，采用一种在室温２５℃条件下，对ＮｉＭｎＧａ单晶的马氏体状态下进行强磁场５～１０Ｔ处理，通过马氏体孪晶再取向，诱发单变体的方法，其原理在于对ＮｉＭｎＧａ单晶施加一个强磁场，使其在外磁场产生的静磁能强作用下，通过其与磁晶各向异性之间的耦合作用，产生切应力，大于其孪晶再取向应力，实现单晶内的马氏体孪晶再取向，从而诱发产生具有大磁致应变的马氏体单变体，获得高达５００００ｐｐｍ（即５％）以上的大磁致应变。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可产生磁控形状记忆效应的NiMnGa功能材料，更特别地说， 是指一种对NiMnGa单晶进行强磁场(5 10r)处理获得大磁致应变性能(超过 5%)的近单变体的处理方法，国际专利分类属于C22F3/00。技术背景形状记忆合金(SMA)作为一种新型的功能材料，在一定条件下可发生形状恢 复，产生宏观应变和恢复力。NiMnGa合金集大应变、高推动力和快响应速度等优 点于一身，因而有望成为新型驱动器材料，广泛应用于国防、航空航天和高
授权公告号CN1272464C中公开了一种"利用磁场热处理改善多晶Ni2MnGa 的磁驱动可逆应变量的方法"。该专利文献针对Ni2MnGa多晶材料，原理是通过热 处理，在高温(居里温度附近)磁场(0.7r)条件下，控制奥氏体的电子云排布， 使易磁化方向优先按外磁场方向取向，获得210;^m的磁致应变。研究表明，只有在NiMnGa单变体中才能获得大磁致应变性能，而采用晶体生长方法制备的单晶体则是由自协作态的马氏体多变体组成，需要通过一定的工艺实现 变体的择优排列，获得近似单变体。目前国际上普遍采用的工艺是，沿NiMnGa单 晶的<100>晶向进行单向压缩处理，通过这种工艺，已经在该合金5M马氏体中获得 了 6.0。/。的大磁致应变。伹是，这种工艺往往导致单晶样品的开裂，并极易引入诸多 不可去除的缺陷，降低了样品制备的效率，并且对较大长径比的单晶样品，单向压缩 处理就会造成样品弯曲变形，无法获得单变体，尤其是对某些特殊形状或者尺寸的单 晶样品，单向压缩的工艺更是不可能对其进行压缩处理。专利技术 内 容本专利技术的目的是提出一种采用强磁场诱发获得大磁致应变NiMnGa单变体的方 法，该方法是将NiMnGa原材料经熔炼铸棒、生长单晶之后形成NiMnGa单晶，然 后将NiMnGa单晶在18 25°C、 5 lOr磁场下反复磁化后制得NiMnGa近单变 体。经本专利技术的方法制得的NiMnGa近单变体具有超过5%的大磁致应变性能，其 磁致应变的临界磁场在350附r以下。 本专利技术是通过磁场处理在MMnGa单晶中获得大磁致应变性能的方法，其优点 在于(1)能对不同形状、尺寸和规格的NiMnGa单晶进行单变体处理，这些单晶 是无法用单向压缩工艺进行单变体处理的；(2)避免了单晶样品可能被压裂、压坏 和晶体内部缺陷过多的问题，这是单向压缩工艺获得单变体的过程中所无法避免的， 可制备出高品质的大应变NiMnGa近单变体，稳定地获得5%以上的大磁致应变性 能，接近于单变体理论最大磁致应变量。 附图说明图1是本专利技术Ni5。Mn28.5Ga化5粉末的X射线衍射曲线。图2是本专利技术1 5。]\11128.50&21.5近单变体的磁致应变曲线图。图3是棒材的磁化单晶方向示意图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术是一种采用强磁场处理NiMnGa单晶获得大磁致应变性能的近单变体的 方法，该磁化处理包括有下列处理步骤 第一步制NiMnGa棒材将纯度99.9。/。的Ni、 Mn、 Ga配制成目标成分的母合金；然后将母合金放于真 空电弧炉内，调节真空室的真空度至2 4X10-3P"，充入氩气至0.3 0.7X105/^， 进行反复熔炼3 5次后铸成NiMnGa棒材；所述目标成分为Ni48~53Mn25~30Ga16~26;截取长度l.Omm的上述制得的NiMnGa棒材作为测试室温晶体结构的试样。 先将试样研磨成NiMnGa粉末后，在Rigaku D/Max 2200 PC型X射线衍射仪上， 采用X射线衍射分析(XRD) NiMnGa粉末在室温(25°C)条件下具有5层调制体 心四方马氏体结构，并计算NiMnGa粉末的晶格常数，以此得到该成分的NiMnGa 单晶在理论条件下的最大磁致应变量。晶格常数的计算方法如下由XRD结果可以得到在衍射波长义为0.15405条件下，NiMnGa粉末的两 个谱斷^V,1和[/^/2 j以及两峰相对应的两个衍射角《和《，参见图1所示。依据布 拉格方程可以获得NiMnGa四方晶的晶面间距，并由晶面间距与晶格常数的相关式 l^^ = ^t+^，解析得到NiMnGa粉末在[100j晶向上的晶格常数"，NiMnGa粉末在[OOlj晶向上的晶格常数c 。由于NiMnGa粉末为5层调制体心四方马氏体结构，故NiMnGa粉末在晶向上的晶格常 数fl相同。理论条件下NiMnGa单晶磁致应变量的最大值可根据如下公式算得 (5max=(a/ol)XlOO%，通过X射线衍射分析，所得NiMnGa粉末的室温结构为5层调制体心四方马氏 体，晶格常数3=6=0.55 0.62"附，c=0.52~0.60"m ，单变体理论最大应变量 为4 7%。第二步制NiMnGa单晶将经第一步骤处理得到的NiMnGa棒材切割成圆柱料棒和籽晶棒，并将圆柱料 棒和籽晶棒置于Crystal Systems公司生产的FZ-T-4000-H型光子加热悬浮区熔 晶体生长炉中，釆用光子加热悬浮区熔法制备NiMnGa单晶；制NiMnGa单晶工艺参数调节生长炉炉内真空室的真空度至2 4X 10-3尸"；充入高纯氩气至1.2 1.8Xl05Pfl，氩气气流速度为0.2 2.0Z/min，高纯氩 气作为流动气体；将籽晶棒安装在生长炉的下轴上，圆柱料棒悬挂在生长炉的上轴上；籽晶棒与圆 柱料棒的旋转方向相反，转速为5 50Wmin，熔区长度为4 10附m,凝固温度梯 度在l 7xl04《/m，晶体生长速度为3 15mw//z;经劳埃法分析测得所述NiMnGa单晶的晶向平行于中心轴线的为方向，垂 直于中心轴线的分别为相互垂直的方向和方向、方 向和方向施加5 10r强脉冲磁场，磁 化5 20次后制得方向的磁化件，并用游标卡尺或千分尺测量磁化前后的变化 率，其单晶尺寸变化率为0.1~3%;方向施加5 10r强脉冲磁场，磁化5 20 次后制得方向的磁化件，并用游标卡尺或千分尺测量磁化前后的变化率，其单 晶尺寸变化率为1~7%。为了更好的得到近单变体，可以反复数次进行上述(A)、 (B)磁化过程，直至 任意两次不同方向的充分磁化过程中的磁致应变量趋于一致，且接近于NiMnGa单 变体理论最大磁致应变量即可。在对NiMnGa合金近单变体沿 方向逐渐施加磁场，测量其^1128.50&21.5棒材作为测试室温晶体结构的 试样。先将试样研磨成Ni5。Mn28.5Ga2L5粉末后，在RigakuD/Max2200PC型X 射线衍射仪上，采用X射线衍射分析(XRD) Ni5QMn28.sGa2L5粉末在室温(25°C) 条件下具有5层调制体心四方马氏体结构，并计算Ni5。Mn28,5Ga2L5粉末的晶格常数，以此得到该成分的Ni5。Mll28.5Ga2L5单晶在理论条件下的最大磁致应变量。晶格常数的计箅方法如下由XRD结果可以得到在衍射波长;i为0.15405"附条件下，Ni50Mn28.5Ga21.5 棒材粉末的两个谱峰^A/,和^28.50&21.5四方晶的晶面间距，并由晶面间距与晶格常数的相关式^^^^^ + ^",解析得到Ni5。Mn28.5Ga2L5粉末在[100j晶向上的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种强磁场诱发获得大磁致应变ＮｉＭｎＧａ单变体的方法，其特征在于磁化处理包括有下列处理步骤：第一步：制ＮｉＭｎＧａ棒材将纯度９９．９％的Ｎｉ、Ｍｎ、Ｇａ配制成目标成分的母合金；然后将母合金放于真空电弧炉内，调节真空室的真空度至２～４×１０↑［－３］Ｐａ，充入氩气至０．３～０．７×１０↑［５］Ｐａ，进行反复熔炼３～５次后铸成ＮｉＭｎＧａ棒材；所述目标成分为Ｎｉ↓［４８～５３］Ｍｎ↓［２５～３０］Ｇａ↓［１６～２６］；第二步：制ＮｉＭｎＧａ单晶将经第一步骤获得的ＮｉＭｎＧａ棒材切割成圆柱料棒和籽晶棒，并将圆柱料棒和籽晶棒置于光子加热悬浮区熔晶体生长炉中，采用光子加热悬浮区熔法制备ＮｉＭｎＧａ单晶；制ＮｉＭｎＧａ单晶工艺参数：调节生长炉炉内真空室的真空度至２～４×１０↑［－３］Ｐａ；充入高纯氩气至１．２～１．８×１０↑［５］Ｐａ，氩气气流速度为０．２～２．０Ｌ／ｍｉｎ，高纯氩气作为流动气体；将籽晶棒安装在生长炉的下轴上，圆柱料棒悬挂在生长炉的上轴上；籽晶棒与圆柱料棒的旋转方向相反，转速为５～５０ｒ／ｍｉｎ，熔区长度为４～１０ｍｍ，凝固温度梯度在１～７×１０↑［４］Ｋ／ｍ，晶体生长速度为３～１５ｍｍ／ｈ；第三步：磁化制ＮｉＭｎＧａ近单变体将经第二步骤获得的ＮｉＭｎＧａ单晶分别沿［１００］方向、［０１０］方向和［００１］方向切割，获得一长方体单晶试样；然后将长方体单晶试样置于充磁机中进行反复磁化处理，制得ＮｉＭｎＧａ近单变体；磁化条件：（Ａ）在１８～２５℃，沿单晶［１００］方向施加５～１０Ｔ强脉冲磁场，磁化５～２０次后制得［１００］方向的磁化件，并用游标卡尺或千分尺测量磁化前后的变化率，其单晶尺寸变化率为０．１～３％；（Ｂ）在１８～２５℃，沿单晶［００１］方向施加５～１０Ｔ强脉冲磁场，磁化５～２０次后制得［００１］方向的磁化件，并用游标卡尺或千分尺测量磁化前后的变化率，其单晶尺寸变化率为１～７％。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋成保，李灼，王敬民，徐惠彬，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[]
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