专利名称：一种多晶Ni-Co-Mn-In-Gd合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种磁驱动形状记忆合金及其制备方法，尤其是涉及一种N1-Co-Mn-1n-Gd高温磁驱动形状记忆合金及其制备方法。
背景技术：
N1-Co-Mn-1n 合金是继 N1-Mn-Ga (Al)，Co-N1-Ga (Al)，N1-Fe-Ga, Fe-Pd (Pt)合金之后开发出的新型磁驱动形状记忆合金。该合金的最大特点在于:马氏体相变过程伴随着磁性的变化，马氏体相为顺磁或反铁磁，若居里温度高于相变温度，则马氏体与母相二者之间存在较大的饱和磁化强度差，且相变过程中的熵变较小，合金处于某温度范围时，施加磁场后合金相变温度会显著向低温方向偏移，当逆相变温度低于环境温度时，发生逆马氏体相变；去除磁场相变温度恢复到原来的温度，合金发生马氏体相变。此过程循环可逆，并且该过程理论上能产生较大的应力输出。但是，N1-Co-Mn-1n合金的马氏体相变温度不够高，不能满足在高温条件下的应用要求，且存在强度低、脆性大、可加工性能差等缺点，很大程度上限制了这种材料的实际应用。因此，如何在提高马氏体相变温度的基础上有效改善N1-Co-Mn-1n合金的韧性逐渐成为广大材料工作者的研究重点之一。
发明内容
本发明的目的是为了解决N1-Co-Mn-1n合金的强度低、脆性大、可加工性能差及不能在高温条件下应用的问题，而提供一种多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金及其制备方法。本发明的多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金在N1-Co-Mn-1n合金中以Gd元素替代部分In元素，其含量为N1-Co-Mn-1n-Gd合金的0_2at.%。所述N1-Co-Mn-1n 合金的结构通式为 Ni5(l_xCoxMn5(l_yIny ,其中:x=l 9, y=10 17。BP:N1、Co、Mn、In 的比例为 41 49at.%:1 9at.%:33 40at.%:10 17at.%。上述多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金的制备方法如下:
一、采用纯度均为99.95%的镍、锰、铟、钴和钆为原料，按照采用非自耗真空电弧熔炼炉，抽真空至5 X KT3Pa后，在1500 1700°C、纯度为99.999%氩气保护下熔炼10 15分钟；为了保证合金成分的均匀性，每个样品反复翻转熔炼四次并加以磁搅拌。二、吸铸得到棒状试样；
三、试验材料经机械抛光去除表面杂质，采用线切割方法获得要求形状；
四、用丙酮清洗后封入真空度为10_3Pa的石英管中，在1073K保温24小时；
五、淬入冰水中，即得多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金。 与N1-Co-Mn-1n合金相比，本发明的多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金压缩断裂强度增加了四倍以上，应变最多提高两倍以上，马氏体相变温度提高了 120°C以上；从而增强了其加工性能，拓宽了应用范围，利于本发明多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金在实际中应用和推广。本发明方法的工艺简单，便于操作。
图1是Ni45Co5Mn37In12.5GdQ.5合金的背散射电子像。图2是Ni45Co5Mn37In12Gd1合金的背散射电子像。图3是Ni45Co5Mn37In11Gd2合金的背散射电子像。图4 是 Ni45Co5Mn37In11Gd2 合金中 Gd，Mn，Ni，Co 和 In 的线扫描照片。图5 是 Ni45Co5Mn37In13 合金的 DSC 曲线。图6 是 Ni45Co5Mn37In12.5Gd。.5 合金的 DSC 曲线。图7 是 Ni45Co5Mn37In12Gd1 合金的 DSC 曲线。图8 是 Ni45Co5Mn37In11Gd2 合金的 DSC 曲线。图9是Gd含量对Ni45Co5Mn37In13_zGdz合金马氏体转变温度的影响。图10是Ni45Co5Mn37In13_zGdz合金室温压缩应力_应变曲线。
具体实施例方式具体实施方式
一:本实施方式的多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金在N1-Co-Mn-1n合金中以Gd元素替代部分In元素，其含量为N1-Co-Mn-1n-Gd合金的0_2at.%。所述N1-Co- Mn-1n 合金的结构通式为 Ni5(l_xCoxMn5(l_yIny ,其中:x=l 9, y=10 17。BP:N1、Co、Mn、In 的比例为 41 49at.%:1 9at.%:33 40at.%:10 17at.%。
具体实施方式
二:本实施方式与具体实施方式
一不同的是，所述N1-Co-Mn-1n合金的结构通式为Ni45Co5Mn37In13O具体实施方式
三:本实施方式与具体实施方式
一不同的是，所述N1-Co-Mn-1n合金的结构通式为Ni48Co2Mn35In15O具体实施方式
四:本实施方式与具体实施方式
一不同的是，所述N1-Co-Mn-1n合金的结构通式为Ni42Co8Mn33In17O具体实施方式
五:本实施方式中多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金的结构通式为Ni45Co5Mn37In13。
具体实施方式
六:本实施方式中多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金的结构通式为Ni45Co5Mn37 In12^ sGd0.5。
具体实施方式
七:本实施方式中多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金的结构通式为
Ni45Co5Mn37In12Gd10具体实施方式
八:本实施方式中多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金的结构通式为
Ni45Co5Mn37In11Gd20具体实施方式
九:本实施方式合金按照如下步骤进行制备N1-Co-Mn-1n-Gd:
采用纯度为99.95%的镍、锰、铟、钴和钆为原料，采用非自耗真空电弧熔炼炉，抽真空
至5X KT3Pa后，在1500 1700°C、纯度为99.999%氩气保护下熔炼10 15分钟。为了保证合金成分的均匀性，每个样品反复翻转熔炼四次并加以磁搅拌，随后采用设备自带吸铸装置得到Φ6_Χ70_的棒状试样。试验材料经机械抛光去除表面杂质，采用线切割方法获得要求形状，并用丙酮清洗后封入真空度为10_3Pa的石英管中，在1073K保温24小时实现成分均匀化，淬入冰水中以获得高的有序度；即得到了多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金，其结构通式为 Ni45Co5Mn37In13^Gdz, ζ=0、0.5、I 或 2。。
本实施方式采用Hitachi公司生产的S-4700型场发射扫描电子显微镜观察合金的显微组织。试验合金的相变温度在Pekin-Elmer Diamond型差示扫描量热仪(DSC)上采用差热分析模式确定。试样重约15mg，升温速率为20K/min。在差热分析曲线上用切线法确定马氏体相变的开始和终了温度(Ms和Mf)，以及马氏体逆相变的开始和终了温度(As和Af)。米用线切割的方法在退火后的棒状合金上切取i>3mmX5mm的试样。室温压缩试验在Instron-5569型电子万能力学试验机上进行,横梁运动速率为0.05mm/min。试验结果如图1-10所示。由图1-4可见，在所有掺Gd合金中均观察到白色第二相，即此相在合金凝固过程中即己形成。随着Gd含量的增加，第二相的分布、尺寸和数量随之发生变化。当Gd含量为0.5at.%时，尺寸较小的呈颗粒状的第二相弥散地分布在基体中。随着Gd含量的增加，第二相逐渐长大且体积分数也随之增加，并趋向于沿晶界分布。从图5-8中可以看出，Ni45Co5Mn37In13_zGdz(Z=0，0.5，I, 2)在加热和冷却过程中分别有一个吸热和放热峰，说明合金只发生一步马氏体相变及其逆转变，呈现出典型的热弹性马氏体相变特征。由图9可见，随着Gd含·量的增加，合金的马氏体相变温度(Ms，Mf)与逆相变温度(As, Af)均明显升高。Gd含量在0.5at.9Tlat.%之间时，相变温度随着Gd含量的增加显著升高，当Gd含量高于Iat.%时，相变温度升高较缓。Ni45Co5Mn37In11Gd2合金的马氏体转变开始温度Ms高达175°C，与合金相比，Ms升高约120°C，说明用稀土 Gd替代In是提高N1-Co-Mn-1n相变温度的有效方法。较高的马氏体转变温度使N1-Co-Mn-1n-Gd合金有望成为新型的高温形状记忆合金。由图10可知，Gd含量对Ni45Co5Mn37In13_zGdz合金的压缩断裂强度和应变有较大影响。适量添加稀土 Gd可以显著提高合金的强度和塑性。但稀土含量过高时，虽然合金的压缩断裂强度较高但塑性小幅下降。由图10可见，随Gd含量的增加，压缩强度显著升高，当Gd含量超过Iat.%时，压缩强度的增加变缓。压缩应变则随Gd含量的增加先升高后降低，在Gd含量为Iat.%时达到最大值。N1-Co-Mn-1n合金是非常具有应用前景的磁驱动形状记忆合金，但是这种合金的不足之处在于，合金的马氏体相变温度不够高，不能满足在高温条件下的应用要求，且存在强度低、脆性大、可加工性能差等缺点，很大程度上限制了这种材料的实际应用。本发明在N1-Co-Mn-1n合金中以Gd元素替代In元素，得到了的N1-Co-Mn-1n-Gd合金，将马氏体相变温度提高到175°C的同时，增强了力学性能，为拓展磁驱动记忆合金在高温环境下的应用提供了保障。
权利要求
1.一种多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金，其特征在于:在N1-Co-Mn-1n合金中以Gd元素替代部分In元素，其含量为N1-Co-Mn-1n-Gd合金的0_2at.%。
2.根据权利要求1所述的多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金,其特征在于所述N1-Co-Mn-1n合金的结构通式为 Ni5(l_xCoxMn5(l_yIny ,其中:x=l 9, y=10 17。
3.根据权利要求1或2所述的多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金，其特征在于所述N1-Co-Mn-1n-Gd合金的结构通式为Ni45Co5Mn37In13_zGdz,结构通式中Z=O 2。
4.根据权利要求3所述的多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金，其特征在于所述N1-Co-Mn-1n-Gd 合金的结构通式为 Ni45Co5Mn37In1315
5.根据权利要求3所述的多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金，其特征在于所述N1-Co-Mn-1n-Gd 合金的结构通式为 Ni45Co5Mn37In12.5Gd0.5。
6.根据权利要求3所述的多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金，其特征在于所述N1-Co-Mn-1n-Gd 合金的结构通式为 Ni45Co5Mn37In12Gd1
7.根据权利要求3所述的多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金，其特征在于所述N1-Co-Mn-1n-Gd 合金的结构通式为 Ni45Co5Mn37In11Gd2
8.—种权利要求1所述多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金的制备方法,其特征在于所述方法按照如下步骤进行: 一、采用纯度均为99.95%的镍、锰、铟、钴和钆为原料，采用非自耗真空电弧熔炼炉，抽真空至5 X KT3Pa后，在1500 1700°C、纯度为99.999%氩气保护下熔炼10 15分钟； 二、吸铸得到棒状试样； 三、试验材料经机械抛光去除表面杂质，采用线切割方法获得要求形状； 四、用丙酮清洗后封入真空度为10_3Pa的石英管中，在1073K保温24小时； 五、淬入冰水中，即得权利要求1所述多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金。
9.根据权利要求8所述的多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金的制备方法，其特征在于所述棒状试样的尺寸为Φ6_Χ70_。
10.根据权利要求8所述的多晶N1-Co-Mn-1n-Gd合金的制备方法，其特征在于为了保证合金成分的均匀性，熔炼过程中反复翻转熔炼四次并加以磁搅拌。
全文摘要
一种多晶Ni-Co-Mn-In-Gd合金，涉及一种磁驱动形状记忆合金及其制备方法。本发明所述合金在Ni-Co-Mn-In合金中以Gd元素替代部分In元素，其制备方法为以镍、锰、铟、钴和钆为原料，采用非自耗真空电弧熔炼炉，抽真空、氩气保护下得到棒状试样，经机械抛光后采用线切割方法获得要求形状，并用丙酮清洗后封入石英管中保温，淬入冰水中即得多晶Ni-Co-Mn-In-Gd合金。与Ni-Co-Mn-In合金相比，本发明的多晶Ni-Co-Mn-In-Gd合金压缩断裂强度增加了四倍以上，应变最多提高两倍以上，马氏体相变温度提高了120℃以上；本发明方法的工艺简单，便于操作。
文档编号C22F1/10GK103074522SQ20131000824
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月10日 优先权日2013年1月10日
发明者孟祥龙, 李航, 蔡伟 申请人:哈尔滨工业大学