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钴镍单晶磁控形状记忆合金.pdf

关 键 词:
钴镍单晶磁控 形状 记忆 合金
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摘要
申请专利号:

CN02111297.5

申请日:

2002.04.09

公开号:

CN1386878A

公开日:

2002.12.25

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情: 专利权的终止(未缴年费专利权终止)授权公告日:2004.10.6|||授权|||实质审查的生效|||公开|||实质审查的生效
IPC分类号: C22C19/07; C22F3/02; //C22K1:00 主分类号: C22C19/07; C22F3/02; //C22K1:00
申请人: 上海交通大学;
发明人: 江伯鸿; 刘岩; 漆璿; 周伟敏
地址: 200030上海市华山路1954号
优先权:
专利代理机构: 上海交达专利事务所 代理人: 毛翠莹
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法律状态
申请(专利)号:

CN02111297.5

授权公告号:

|||1169983|||||||||

法律状态公告日:

天狼影视2008.06.11|||2004.10.06|||2003.03.19|||2002.12.25|||2002.10.02

法律状态类型:

专利权的终止(未缴年费专利权终止)|||授权|||实质审查的生效|||公开|||实质审查的生效

摘要

天狼影视一种钴镍单晶磁控形状记忆合金,其成分重量百分比为:镍Ni 10%~35%,钴Co 65%~90%,采用[001]方向的籽晶用提拉法或悬浮区域熔炼法,制取轴向为[001]的单晶,将单晶经过700-950℃高温加热后淬火热处理,再经磁场热处理后得到。本发明合金的磁致应变量远高于现有商用磁致伸缩材料,同时响应频率快,塑性良好,能进行冷热加工,更具应用价值。

权利要求书

1: 一种钴镍单晶磁控形状记忆合金,其特征在于成分重量百分比为:镍Ni 10%~35%,钴Co 65%~90%,单晶轴向为[001]。
2: 一种钴镍单晶磁控形状记忆合金的制备方法,其特征在于取合金成分 重量百分比为:镍Ni10%~35%,钴Co 65%~90%,制取轴向为[001]的 单晶后,将单晶经过700-950℃高温加热后淬火热处理,然后在强度为 +2T~2T的磁场下,使材料从母相冷却到马氏体相变结束温度M f 以下, 或在磁场作用下在M f 以下和逆相变结束温度A f 以上之间反复冷却加热, 进行磁场热处理。
3: 如权利要求2所说的钴镍单晶磁控形状记忆合金的制备方法,其特征 在于制取单晶时,采用[001]方向的籽晶用提拉法制备或采用悬浮区域 熔炼法制备,生长速度控制为1~10mm/小时。

说明书


钴镍单晶磁控形状记忆合金

    技术领域:

    本发明涉及一种钴镍单晶磁控形状记忆合金,可用于自动控制、能量转换等场合作驱动器材料,属于新型功能材料技术领域。背景技术:

    通常的形状记忆合金是在应力场作用下变形,卸载后形状完全回复(超弹性)或加温后形状回复(形状记忆效应)的一种功能材料。它在自动控制、机械、通讯、医疗器件等领域已获得广泛的应用。其优点是输出变形量大。然而响应频率低。而压电陶瓷和磁致伸缩材料,它们在应力或磁场的作用下也能发生应变,其响应频率很高,但输出应变很小。例如压电陶瓷PZT,输出应变仅为0.1%数量级;目前最好的商用磁致伸缩材料Terfenol-D(Tb0.27,Dy0.73,Fe2),场致应变约为0.24%由于输出位移小,制约了输出能量密度和传播距离。可见开发一种新型功能材料,使其既具有压电陶瓷和磁致伸缩材料那样快的响应频率,又能如形状记忆合金那样输出大的应变,对民用和军事都有重大应用价值。例如发展大功率声纳,可以在更远的距离发现目标。

    二十世纪九十年代中期,一种磁致形状记忆材料应运而生。最先在镍锰镓(Ni2MnGa)单晶中发现,当沿
    方向在温度265K施加8kOe磁场时,能诱发0.2%的应变(Ullakko K,Huang J.K,Kantner C,O’Handley and Kokorin S.J,Appl.Phys.Lett.1996,69:1966~1968.)。之后对非化学计量NiMnGa(Ni49.8Mn28.5Ga21.7)单晶,在室温、4kOe磁场下,诱发切应变可达6.0%(MurrayS.J,Marioni M,Allen S.M,O’Handley R.C and Lograsso T.A,Appl.Phys.Lett.2000,77:886)。由于NiMnGa是一种金属间化合物,质脆易裂,且单晶生长时,Mn易挥发,使成分控制困难,制约了它的实际使用和规模化生产。发明内容:

    本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种固溶体合金—钴镍单晶磁控形状记忆合金,使其磁致应变量远高于现有商用磁致伸缩材料,同时响应频率快,塑性良好,能进行冷热加工,更具应用价值。

    为实现这样的目的,本发明的技术方案如下:

    1、设计的合金成分重量百分比为:镍Ni 10%~35%,钴Co 65%~90%。在此成分范围内,材料为固溶体,并具有从面心立方(fcc)到密排六方(hcp)的马氏体相变。如果Ni含量超过35%(重量),马氏体点Ms将在100K以下,相应地能发生磁诱发应变的温度也十分低,无工业应用价值。随Ni含量减少,马氏体点逐渐升高。但如果Ni含量低于10%(重量),马氏体点将高于673K,在室温下几乎全部为马氏体组织,磁诱发应变只能通过马氏体变体的再取向,而不能通过诱发新的马氏体来产生,磁诱发应变量会减少。

    2、制取轴向为
    的单晶。采用
    方向的籽晶用提拉法制备或采用悬浮区域熔炼法制备,生长速度控制为1~10mm/小时。

    3、将制备的单晶经过700-950℃高温加热后淬火热处理,然后在强度为+2T~-2T地磁场下,使材料从母相冷却到马氏体相变结束温度Mf以下,或在磁场作用下在Mf以下和逆相变结束温度Af以上之间反复冷却加热,进行磁场热处理。

    本发明得到的合金产生巨磁致应变的机制,在于该合金系的易磁化方向为[111],当沿
    方向施加磁场时,晶体中易磁化方向的晶面将有向外磁场方向转动的趋势,从而驱动[111]面上的1/6<211>不全位错发生移动,导致类似应力诱发六方马氏体产生的过程,亦可使已经存在的有利取向的六方马氏体变体,通过1/6<211>不全位错的移动进一步长大、增多,形成有利取向的单变体,从而产生可观的磁场诱发应变。

    本发明提供的新的磁诱发应变合金单晶,其磁致应变量可达1~5%,超过最好的商用磁致伸缩材料Terfenol-D数倍至数十倍,而频率响应达数十千赫兹,成分易控制,塑性良好,能进行冷热加工,能经受反复交变磁场诱发应变。附图说明及具体实施方式:

    以下通过附图及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

    图1为本发明实施例1制备得到的合金磁场一应变图。

    图中所示为Co-31.5%(重量)单晶,在室温下,沿
    晶向施加1.2T磁场,能产生4.2%的应变,去除外磁场后,仅有0.2%残留变形。实施例1:

    用纯度为99.95%的电解Ni和电解Co配制成Co-31.5%(重量)Ni合金,经仔细清洗,去除表面油污和氧化物,在真空非自耗电弧炉中熔炼成钮扣状锭,反复熔炼3次,以保证成分均匀,再滴注成Φ10mm×110mm多晶园棒,供制备单晶用。采用光学悬浮区域熔炼炉,生长速度控制为5mm/小时,制成轴向为
    的单晶。经过800℃淬火,快冷到室温,其Ms点为261.5K,As=445K,在1kOe磁场下冷却到77K(Mf以下温度)。在室温下沿母相
    晶向的饱和磁化强度可达120Am2·kg-1以上,且仅需3kOe的外磁场,即能达饱和。

    本实施例所得合金,沿
    方向施加外磁场,到8kOe可诱发近3.5%的应变,去除外磁场后应变完全回复。经反复加卸磁场数十次,应变反复产生同样数值。当施加1.2T外磁场,可检测到4.2%的应变,去除外磁场后,仅有0.2%的残留变形,如图1所示。实施例2:

    用高纯原料按Co 67%和Ni 33%(重量)比例配制合金,置于坩锅中,在真空下加热熔化,使其温度保持在稍高于合金的熔点之上。将具有
    轴向的籽晶下降到刚好与液面接触,使其局部熔化,接着缓慢降低坩锅温度,同时使籽晶一边旋转一边向上提拉,控制生长速度为5mm/小时,制成单晶。该合金马氏体相变温度Ms=174.8K,逆相变温度As=382.8K,经热处理和磁场处理后,沿
    方向施加外磁场,在180K以下,能诱发1~3%可逆应变。实施例3:

    以实施例1同样方法制成Co-15.1%Ni(重量)单晶,马氏体相变温度Ms=569.4K,逆相变温度As=649.5K,在磁场下反复加热冷却后,沿
天狼影视    方向施加外磁场,在室温,能诱发1~3%应变。   内容来自专利网smcema.com转载请标明出处

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