本发明专利技术公开了一种Mn50CoxNiySnz高温铁磁形状记忆合金材料，式中，0≤x≤12，32≤y≤39，6≤z≤11，x+y+z＝50，x、y、z表示原子百分比含量。其制备方法一：按化学式称量原料，将原料盛放在水冷铜坩埚中，采用常规的电弧熔炼法制得Mn50CoxNiySnz多晶锭材。或方法二：将方法一得到的多晶锭料采用快淬甩带的方法制得Mn50CoxNiySnz多晶薄带。或方法三：将制得的多晶锭材采用常规的提拉法生长制得Mn50CoxNiySnz磁性单晶。本发明专利技术的磁性材料可用于制作驱动器、温度和/或磁性敏感元件、磁制冷器件和设备、磁存储器、微型机电器件和系统等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高温铁磁形状记忆合金，特别涉及一种具有铁磁性和高温形状记 忆效应，如化学式Mn5ciCoxNiySnz高温铁磁形状记忆合金材料及其制备方法。
技术介绍
通常的形状记忆合金在相对高的温度下具有一种晶体结构(以下称为母相)，而 在相对低的温度下自发变成另外一种晶体结构，一般称之为马氏体相。当从较高的温度降 温到较低的温度时，材料从母相转变为马氏体相，该相转变叫做马氏体相变。反过来，从相 对低的温度加热材料，合金会从马氏体相转变为母相，这种相反的相转变称为马氏体逆相 变。一般将马氏体相变的开始点和终点，分别称为M1点和Mf点，将马氏体逆相变的开始和 终点，分别称为As点和Af点。如果Ms和As之间差值较小，比如为几度或几十度，材料的这 种马氏体相变被称为热弹性马氏体相变。一般地，将某种合金材料在母相以确定的形状冷 却，直到马氏体相后，再人为地改变原有形状，然后，将合金材料升温，直到转变成母相时， 如果合金材料的形状完全或部分地转变为原来的形状，这种现象称为形状记忆效应。另外， 如果在同样的上述温度循环中，母相的形状在降温引起的相变时刻变形，再在随后的升温 引起的逆相变时刻再变形，并且部分或全部地转变成原来母相的形状，被称之为双向形状 记忆效应。形状记忆合金被广泛用于各种“智能”型用途，如各种驱动器，温度敏感元件、 医疗器械等。以往具有类似性质的Ni2MnGa合金的母相脆性较大，同时Ga元素比较昂贵， 从而影响了材料的器件制作。并且，M2MnGa材料相变和逆相变温度较低，影响了材料在更 高温度环境中的应用，例如文献:P. J. Webster, K. R. A. Ziebeck, S. L. Town, and Μ. S. Peak, PhilosophicalMagazine B，49，295 (1984)。后来，人们尝试用其它元素代替Ga以使材料 具有更好的性质，Ni2MnSn和Ni2MnAl的出现降低了材料的生产成本，但是NiMn-基形状记 忆材料的相变温度都不是很高，且材料较脆，不易制备，比如，2008年H. C. Xuan, K. X. Xie和 D. H. Wang 等人在 Applied Physics Letters 上发表的文章 Effect of annealing on the martensitic transformation and magnetocaloriceffect in Ni44^Mn44 2Snn 7ribbons φ 研究了化学式为Ni441Mn442Sr^7的合金的相变温度仅为270Κ。且之后的研究大部分集中 于材料的其它性质，如交换偏置、磁制冷效应和巨霍尔效应等，相应的文献有Chao Jing, Jiping Chen, Zhe Li, Yanfei Qiao, Baojuan Kang, Shixun Cao and Jincang Zhang, Journal of Alloys andCompounds 475(2009) 1-4 禾口 I. Dubenko, A. K. Pathak, S. Stadler and N. All, Physical Review B 80，092408 (2009)，而对提高其相变温度的研究不多，这就 限制了这些合金在高温领域的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种如化学式Mn5ciCoxNiySnz高温铁磁形状记忆合金材料，式 中O≤χ≤12，32≤y≤39，6≤ζ≤11，x+y+z = 50，χ、y、ζ表示原子百分比含量，该合 金材料可广泛应用于高温领域。本专利技术的目的还在于提供一种如化学式Mn5ciCoxNiySnz高温铁磁形状记忆合金材料 的制备方法。本专利技术所述Mn5ciCoxNiySnz高温铁磁形状记忆合金材料的原子百分比组成是基于以 下原理确定的NiMn合金的马氏体相变温度为1000K，但是它的居里温度很低，不具有磁场驱动 马氏体相变的性质，掺入Co以后，Co-Mn之间的交换作用比Ni-Mn之间的交换作用强，可以 提高材料的居里温度，而过量的Co可以产生杂相，使相变消失，所以掺入一定量的Co后，再 用Sn取代M使材料的价电子减少，进而降低材料的马氏体相变温度，在实验过程中，单晶 薄带的制备可以去除掺Co后产生的少量杂相，最终实现Mn5ciCoxNiySnz高温铁磁形状记忆合 金。最终确定合金材料的组成为=Mn5tlCoxNiySnz，式中O彡χ彡12，32彡y彡39，6彡ζ彡11， x+y+z = 50，χ、y、ζ表示原子百分比含量。本专利技术所说的Mn5ciCoxNiySnz高温铁磁形状记忆合金材料的形式包括单晶和多晶。本专利技术给出的Mn5ciCoxNiySnz高温铁磁形状记忆合金材料的制备方法包括方法一制备多晶锭材(1)称量配比按化学式Mn5tlC0xNiySnz的原子百分比称取纯度为99. 9%的锰(Mn)、纯度为99. 9% 的钴(Co)、纯度为99. 9%的镍(Ni)和纯度为99. 99%的锡(Sn)块材；(2)熔炼(制备)多晶锭材将称好的物料放在熔炼坩埚中，采用常规的电弧熔炼方法获得Mn5ciCoxNiySnz多晶， 熔炼条件为抽取真空使真空度达到lX10_4Pa，通入氩气，使熔炼腔内部压力达到0. IMPa, 产生电弧，熔炼电流100A，电弧头保持在样品上方2-5cm处反复小范围摆动约lmin，每个样 品翻转3次，共熔炼4次以保证成分均勻，所获得的钮扣锭子样品用钽片包裹后装入密封的 真空石英管中在800°C下进行高温均勻化处理72h，然后进行淬火以实现原子高度有序排 列，最终获得Mn5ciCoxNiySnz铁磁形状记忆合金多晶锭材。方法二 快淬甩带，制备多晶薄带将按照方法一制得的多晶锭材放入一上端开口、底部密封且底部带有小孔的石英 管内，再将石英管开口端朝上安放到甩带机炉腔中，抽真空，待真空度达到6. 6 X IO-3Pa时， 向甩带机炉腔通入高纯氩气，待甩带机炉腔内压强达到350毫米汞柱(_0.05Mpa)时，采用 感应加热，并不断调节感应加热的功率，使合金处于熔融状态，然后从石英管开口端吹入具 有一定压力的高纯氩气使熔融合金液体从小孔中喷射到线速度为17m/s的高速旋转的铜 轮上快速甩出，最终获得Mn5ciCoxNiySnz铁磁形状记忆合金多晶薄带。方法三提拉法长单晶，制备形状记忆合金单晶将按照方法一制得的多晶锭材盛放在坩埚中，采用常规的提拉法生长 Mn5ciCoxNiySnz单晶，其生长条件为加热锭材使之熔融，其熔融环境为1 X 10_2 5X 10_5Pa 的真空或0. 01 IMPa正压力的氩气保护气体，以0. 5 50转/min的速率旋转的籽晶杆下 端固定一个籽晶；所述的籽晶为成分相同或接近的、具有所需要的取向的单晶，在1000 1330°C的熔融温度条件下保持10 30min，用籽晶下端接触熔体的液面，然后以3 80mm/ h的均勻速率提升籽晶杆，将凝固结晶的单晶向上提拉，并使生长的单晶直径变大或保持 一定；当生长的单晶达到所需尺寸时，将单晶提拉脱离熔融的原料表面，以0. 5 20°C /min的降温速率缓慢降低温度冷却至室温，最后取出。进一步地，将上述制备本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种Ｍｎ５０ＣｏｘＮｉｙＳｎｚ高温铁磁形状记忆合金材料，其特征在于式中：０≤ｘ≤１２，３２≤ｙ≤３９，６≤ｚ≤１１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝５０，ｘ、ｙ、ｚ表示原子百分比含量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马丽，王曙巧，李远征，甄聪棉，侯登录，
申请(专利权)人：河北师范大学，
类型：发明
国别省市：13
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