專(zhuān)利名稱(chēng)：基于Co-Ni-Ga鐵磁形狀記憶合金的深過(guò)冷定向凝固棒材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種記憶合金技術(shù)領(lǐng)域的材質(zhì)及制備方法，具體是一種基于 Co-Ni-Ga鐵磁形狀記憶合金的深過(guò)冷定向凝固棒材及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，鐵磁形狀記憶合金(FSMA)逐漸被材料學(xué)和物理學(xué)界所關(guān)注。FSMA不僅具 有傳統(tǒng)形狀記憶合金的溫控形狀記憶效應(yīng)、超彈性等功能，而且具有其獨(dú)特的鐵磁形狀記 憶效應(yīng)。Ni-Mn-Ga是目前最有希望取得大的磁控應(yīng)變的鐵磁形狀記憶合金，其單晶在室溫 低磁場(chǎng)下即可獲得9. 5%的磁致應(yīng)變，但由于其制備過(guò)程中成分偏析嚴(yán)重，多晶韌性差，可 重復(fù)性能不理想和居里點(diǎn)偏低等缺陷，極大阻礙該合金的研究和應(yīng)用。Co-Ni-Ga合金作為 一種新型鐵磁形狀記憶合金，由于其具有雙程形狀記憶效應(yīng)，高的馬氏體相變溫度和良好 的韌性而備受關(guān)注。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，M. Sato等人在《材料會(huì)刊》44 (2003) 372-376上發(fā)表的“哈斯勒 型Co2NiGa合金的磁致伸縮和形狀記憶性能”一文，文章提出采用熔體單輥甩帶快速凝固法 制備出的Co-Ni-Ga薄帶具有很好的織構(gòu)，其室溫下可獲得IlOppm的磁致應(yīng)變，但是，甩帶 法制備出的樣品尺寸很小，其厚度只有幾個(gè)微米，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于Co-Ni-Ga鐵磁形狀記憶合 金的深過(guò)冷定向凝固棒材及其制備方法，制備得到的棒材具有良好的擇優(yōu)取向和滿足實(shí)際 應(yīng)用的大尺寸。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種基于Co-Ni-Ga鐵磁形狀記憶合金的深過(guò)冷定向凝固棒材，其組 分及含量為Co 40-50at%,Ni 20_30at%，其余為 Ga。本發(fā)明涉及上述基于Co-Ni-Ga鐵磁形狀記憶合金的深過(guò)冷定向凝固棒材的制備 方法，包括以下步驟第一步，將Co、Ni、Ga元素放入非自耗真空電弧爐內(nèi)的水冷銅模坩堝內(nèi)，抽真空 至3X 10_3Pa以下，然后充入氬氣至5X IO4Pa并進(jìn)行電弧熔煉2分鐘，反復(fù)熔煉4次得到 Co-Ni-Ga 合金；第二步，將Co-Ni-Ga合金置入高真空熱處理爐中，抽真空至3 X 10_3Pa后充入氬氣 至5X IO4Pa保護(hù)并進(jìn)行真空退火和均勻化處理；所述真空退火是指緩慢加熱至IOOiTC并保溫4小時(shí)，然后斷開(kāi)電源，隨爐冷卻；
第三步，將均勻化處理后的C0-Ni-Ga合金錠線切割成6mmX 4mmX 4mm大小的金屬 塊，用超聲沖洗并用砂輪打磨表面，獲得Co-Ni-Ga金屬塊； 第四步，將若干清理過(guò)的Co-Ni-Ga金屬塊放入石英坩堝中采用玻璃凈化與過(guò)熱
3循環(huán)相結(jié)合的方法進(jìn)行凈化處理，最后經(jīng)激發(fā)熔體得到表面光滑的Co-Ni-Ga合金棒材。所述的石英坩堝是一端開(kāi)口的石英管，長(zhǎng)10mm，內(nèi)徑7mm，壁厚Imm ；所述的玻璃凈化劑為70%的硼酸鈉和30%的鈉鈣硅的混合物，將該混合物在 800°C熔化并混合均勻，冷卻后充分研磨即可；所述的采用玻璃凈化與過(guò)熱循環(huán)相結(jié)合的方法進(jìn)行凈化處理是指1)用玻璃凈 化劑將Co-Ni-Ga金屬塊包覆后置于真空電磁感應(yīng)爐內(nèi)加熱；2)緩慢加熱合金到1240°C并 保溫5分鐘，并繼續(xù)緩慢加熱過(guò)熱200°C至1440°C再保溫2分鐘，關(guān)閉加熱電源使合金熔體 溫度迅速下降至熔點(diǎn)以下后發(fā)生再輝，然后合金冷卻至室溫；3)重復(fù)上述步驟2)兩次。所述的激發(fā)熔體是指當(dāng)合金熔體的溫度下降至1000°C -1240°C，利用室溫的 Ga-In-Sn液態(tài)合金激發(fā)石英坩堝底部，使坩堝內(nèi)的Co-Ni-Ga合金熔體快速定向凝固。所述的合金熔體溫度通過(guò)紅外測(cè)溫儀測(cè)量得到。將本發(fā)明制得的Co-Ni-Ga合金棒沿軸向進(jìn)行檢測(cè)，合金棒具有明顯的[110]擇優(yōu) 取向，該取向?yàn)樵摵辖鸬囊状呕较颉?br>

圖1是實(shí)施例2效果示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。實(shí)施例1原子百分比為2 1 1的Co、Ni、Ga合金放入真空電弧爐內(nèi)的水冷銅模坩堝內(nèi)， 抽真空后反充氬氣至5 X IO4Pa,電弧熔煉三種元素2分鐘，翻轉(zhuǎn)已經(jīng)熔融在一起的Co2NiGa 合金，重新熔煉4次使其成分混合均勻；將熔煉好的Co2NiGa合金置入高真空熱處理爐中退火，進(jìn)行均勻化處理，試樣加熱 至1000°C并保溫4小時(shí)后隨爐冷卻；將均勻化處理后的Co2NiGa合金錠進(jìn)行線切割，切成6mmX4mmX4mm大小的金屬 塊，用超聲沖洗，并用砂輪打磨表面，去除雜質(zhì)；將若干清理過(guò)的Co2NiGa合金塊放入石英坩堝中并用玻璃凈化劑包覆好放入真空 電磁感應(yīng)爐內(nèi)，緩慢加熱到1240°C并保溫5分鐘；然后繼續(xù)緩慢加熱至1450°C左右，再保 溫2分鐘，然后關(guān)閉電源，熔體溫度迅速下降至熔點(diǎn)以下230°C后發(fā)生再輝，重復(fù)上述循環(huán) 合金均得到穩(wěn)定的230°C過(guò)冷度后，進(jìn)行第三次循環(huán)，當(dāng)熔體溫度達(dá)到1010°C時(shí)，迅速用室 溫的Ga-In-Sn液態(tài)合金激發(fā)石英坩堝底部，使坩堝內(nèi)的Co2NiGa合金熔體快速自下而上定 向凝固，得到表面光滑的Co2NiGa合金棒材。得到的Co2NiGa合金棒的尺寸為長(zhǎng)50mm，直徑6. 5mm。該成分下的合金微觀組織 為馬氏體+大量、相，合金軸向具有明顯的[110]馬氏體擇優(yōu)取向和微弱的、相峰，馬氏 體合金的[110]方向是易磁化方向，易于得到大的磁致應(yīng)變。實(shí)施例2
原子百分比為45 25 30的Co、Ni、Ga合金放入真空電弧爐內(nèi)的水冷銅模坩 堝內(nèi)，抽真空后反充氬氣至5X IO4Pa,電弧熔煉三種元素2分鐘，翻轉(zhuǎn)已經(jīng)熔融在一起的 Co45Ni25Ga30合金，重新熔煉4次使其成分混合均勻；將熔煉好的Co45Ni25Ga3tl合金置入高真空熱處理爐中退火，進(jìn)行均勻化處理，試樣 加熱至1000°c并保溫4小時(shí)后隨爐冷卻；將均勻化處理后的Co45Ni25Ga3tl合金錠進(jìn)行線切割，切成6mmX 4mmX 4mm大小的金 屬塊，用超聲沖洗，并用砂輪打磨表面，去除雜質(zhì)；將若干清理過(guò)的Co45Ni25Ga3tl合金塊放入石英坩堝中并用玻璃凈化劑包覆好放入 真空電磁感應(yīng)爐內(nèi)，緩慢加熱到1240°C并保溫5分鐘；然后繼續(xù)緩慢加熱至1440°C左右，再 保溫2分鐘，然后關(guān)閉電源，熔體溫度迅速下降至熔點(diǎn)以下220°C后發(fā)生再輝，重復(fù)上述循 環(huán)合金均得到穩(wěn)定的220°C過(guò)冷度后，進(jìn)行第三次循環(huán)，當(dāng)熔體溫度1020°C時(shí)，迅速用室溫 的Ga-In-Sn液態(tài)合金激發(fā)石英坩堝底部，使坩堝內(nèi)的Co45Ni25Ga3tl合金熔體快速自下而上 定向凝固，得到表面光滑的Co45Ni25Ga3tl合金棒材。得到的Co45Ni25Ga3tl合金棒的尺寸為長(zhǎng)55mm，直徑6mm。該成分下的合金微觀組 織為單相馬氏體，合金軸向具有明顯的[110]馬氏體擇優(yōu)取向(如圖1所示)，馬氏體合金 的[110]方向是易磁化方向，易于得到大的磁致應(yīng)變。實(shí)施例3原子百分比為50 22 28的Co、Ni、Ga合金放入真空電弧爐內(nèi)的水冷銅模坩 堝內(nèi)，抽真空后反充氬氣至5X IO4Pa,電弧熔煉三種元素2分鐘，翻轉(zhuǎn)已經(jīng)熔融在一起的 Co50Ni22Ga28合金，重新熔煉4次使其成分混合均勻；將熔煉好的Co5tlNi22Ga28合金置入高真空熱處理爐中退火，進(jìn)行均勻化處理，試樣 加熱至1000°c并保溫4小時(shí)后隨爐冷卻；將均勻化處理后的Co5tlNi22Ga28合金錠進(jìn)行線切割，切成6mmX 4mmX 4mm大小的金 屬塊，用超聲沖洗，并用砂輪打磨表面，去除雜質(zhì)；將若干清理過(guò)的Co5tlNi22Ga28合金塊放入石英坩堝中并用玻璃凈化劑包覆好放入 真空電磁感應(yīng)爐內(nèi)，緩慢加熱到1240°C并保溫5分鐘；然后繼續(xù)緩慢加熱至1450°C左右，再 保溫2分鐘，然后關(guān)閉電源，熔體溫度迅速下降至熔點(diǎn)以下200°C后發(fā)生再輝，重復(fù)上述循 環(huán)合金均得到穩(wěn)定的200°C過(guò)冷度后，進(jìn)行第三次循環(huán)，當(dāng)熔體溫度1040°C時(shí)，迅速用室溫 的Ga-In-Sn液態(tài)合金激發(fā)石英坩堝底部，使坩堝內(nèi)的Co5tlNi22Ga28合金熔體快速自下而上 定向凝固，得到表面光滑的Co5tlNi22Ga28合金棒材。得到的Co5tlNi22Ga28合金棒的尺寸為長(zhǎng)45mm，直徑6. 5mm。該成分下的合金微觀 組織為馬氏體+少量、相，合金軸向具有明顯的[110]擇優(yōu)取向和微弱的、相峰，馬氏體 合金的[110]馬氏體取向是易磁化方向，易于得到大的磁致應(yīng)變。實(shí)施例4原子百分比為50 20 30的Co、Ni、Ga合金放入真空電弧爐內(nèi)的水冷銅模坩 堝內(nèi)，抽真空后反充氬氣至5X IO4Pa,電弧熔煉三種元素2分鐘，翻轉(zhuǎn)已經(jīng)熔融在一起的 Co50Ni20Ga30合金，重新熔煉4次使其成分混合均勻；將熔煉好的Co5ciNi2ciGa3ci合金置入高真空熱處理爐中退火，進(jìn)行均勻化處理，試樣 加熱至1000°c并保溫4小時(shí)后隨爐冷卻；
將均勻化處理后的Co5ciNi2ciGa3ci合金錠進(jìn)行線切割，切成6mmX 4mmX 4mm大小的金 屬塊，用超聲沖洗，并用砂輪打磨表面，去除雜質(zhì)；將若干清理過(guò)的Co5ciNi2ciGa3ci合金塊放入石英坩堝中并用玻璃凈化劑包覆好放入 真空電磁感應(yīng)爐內(nèi)，緩慢加熱到1240°C并保溫5分鐘；然后繼續(xù)緩慢加熱至1450°C左右，再 保溫2分鐘，然后關(guān)閉電源，熔體溫度迅速下降至熔點(diǎn)以下195°C后發(fā)生再輝，重復(fù)上述循 環(huán)合金均得到穩(wěn)定的195°C過(guò)冷度后，進(jìn)行第三次循環(huán)，當(dāng)熔體溫度過(guò)冷到1045°C時(shí)，迅速 用室溫的Ga-In-Sn液態(tài)合金激發(fā)石英坩堝底部，使坩堝內(nèi)的Co5ciNi2ciGa3ci合金熔體快速自 下而上定向凝固，得到表面光滑的Co5ciNi2ciGa3ci合金棒材。得到的C05ciNi2ciGa3ci合金棒的尺寸為長(zhǎng)50mm，直徑6. 5mm。該成分下的合金微觀 組織為單相奧氏體，合金軸向具有明顯的[110]和微弱的[100]奧氏體擇優(yōu)取向，奧氏體合 金的[110]和[100]方向都是是易磁化方向，易于得到大的磁致應(yīng)變。
權(quán)利要求
一種基于Co Ni Ga鐵磁形狀記憶合金的深過(guò)冷定向凝固棒材，其特征在于，其組分及含量為Co 40 50at％、Ni 20 30at％，其余為Ga。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Co-Ni-Ga鐵磁形狀記憶合金的深過(guò)冷定向凝固棒材的 制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，將Co、Ni、Ga元素放入非自耗真空電弧爐內(nèi)的水冷銅模坩堝內(nèi)，抽真空至 3X IO-3Pa以下，然后充入氬氣至5X IO4Pa并進(jìn)行電弧熔煉2分鐘，反復(fù)熔煉4次得到 Co-Ni-Ga 合金；第二步，將Co-Ni-Ga合金置入高真空熱處理爐中，抽真空至3 X 10_3Pa后充入氬氣至 5 X IO4CPa保護(hù)并進(jìn)行真空退火和均勻化處理；第三步，將均勻化處理后的Co-Ni-Ga合金錠線切割成6mmX4mmX4mm大小的金屬塊， 用超聲沖洗并用砂輪打磨表面，獲得Co-Ni-Ga金屬塊；第四步，將若干清理過(guò)的Co-Ni-Ga金屬塊放入石英坩堝中采用玻璃凈化與過(guò)熱循環(huán) 相結(jié)合的方法進(jìn)行凈化處理，最后經(jīng)激發(fā)熔體得到表面光滑的Co-Ni-Ga合金棒材。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Co-Ni-Ga鐵磁形狀記憶合金的深過(guò)冷定向凝固棒材的 制備方法，其特征是，所述真空退火是指緩慢加熱至ioocrc并保溫4小時(shí)，然后斷開(kāi)電源， 隨爐冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于C0-Ni-Ga鐵磁形狀記憶合金的深過(guò)冷定向凝固棒材的 制備方法，其特征是，所述的石英坩堝是一端開(kāi)口的石英管，長(zhǎng)10mm，內(nèi)徑7mm，壁厚1mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Co-Ni-Ga鐵磁形狀記憶合金的深過(guò)冷定向凝固棒材的 制備方法，其特征是，所述的玻璃凈化劑為70%的硼酸鈉+30%的鈉鈣硅的混合玻璃粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Co-Ni-Ga鐵磁形狀記憶合金的深過(guò)冷定向凝固棒材的 制備方法，其特征是，所述的采用玻璃凈化與過(guò)熱循環(huán)相結(jié)合的方法進(jìn)行凈化處理是指1) 用玻璃凈化劑將Co-Ni-Ga金屬塊包覆后置于真空電磁感應(yīng)爐內(nèi)加熱；2)將合金緩慢加熱 到1240°C并保溫5分鐘，并繼續(xù)緩慢加熱過(guò)熱200°C至1440°C并保溫2分鐘，關(guān)閉加熱電源 使合金熔體溫度迅速下降至熔點(diǎn)以下后發(fā)生再輝，然后合金冷卻至室溫；3)重復(fù)上述步驟 2)兩次。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Co-Ni-Ga鐵磁形狀記憶合金的深過(guò)冷定向凝固棒材的 制備方法，其特征是，所述的激發(fā)熔體是指當(dāng)合金熔體的溫度下降至1000°c -1240°c，利 用室溫的Ga-In-Sn液態(tài)合金激發(fā)石英坩堝底部，使坩堝內(nèi)的Co-Ni-Ga合金熔體快速定向 凝固。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Co-Ni-Ga鐵磁形狀記憶合金的深過(guò)冷定向凝固棒材的 制備方法，其特征是，所述的合金熔體溫度通過(guò)紅外測(cè)溫儀測(cè)量得到。
全文摘要
一種記憶合金技術(shù)領(lǐng)域的基于Co-Ni-Ga鐵磁形狀記憶合金的深過(guò)冷定向凝固棒材及其制備方法，該棒材的組分及含量為Co 41-62at％、Ni 20-32at％，其余為Ga，本發(fā)明方法制備得到的棒材具有良好的擇優(yōu)取向和滿足實(shí)際應(yīng)用的大尺寸。
文檔編號(hào)C22C1/02GK101935791SQ20101029228
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者李軍正, 李建國(guó), 黃斌 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)