一种磁致扭转Ni-Mn-Ga合金丝的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于磁性材料领域，具体涉及一种磁致扭转Ni-Mn-Ga合金丝。
【背景技术】
[0002] Heusler合金是目前为止唯一被发现同时具有铁磁性和热弹性马氏体相变特征的 金属间化合物，由于在降温过程中发生马氏体相变和磁场作用下驱动马氏体孪晶界运动， 从而使该材料具有较大的输出应变、响应频率高、恢复应变大等特点而有望成为新型磁驱 动智能材料，去弥补传统驱动马氏体相变的加热和冷却过程缓慢、工作频率低以及磁致伸 缩量小等缺点。
[0003] 铁磁性材料同时受到轴向磁场和周向磁场的作用时，会引起材料沿轴向产生一个 扭转，这种现象称为魏德曼效应（Wiedemann effect)。魏德曼效应是铁磁性材料的一种磁 机械效应，一直认为与材料的磁致伸缩性质有关，属于特殊的磁致伸缩现象。这对于开发应 变大，转换能量高的新型磁控功能材料具有重要意义。
[0004] 1996年Ullakko等首次在265k，施加8k0e磁场情况下在Ni 2MnGa单晶中发现了 0? 2%的磁致应变，其后一个新的研究时代开始了。Chernenko研究发现附51.2]?11 31.和17.7单 晶在160°C到200°C的范围内具有6%的可完全恢复超弹性应变。通过磁场驱动马氏体孪晶 再取向，可获得9. 5 %的磁致应变；而且通过调节成分，可获得高达350°C的马氏体转变温 度，是一种潜在的高温形状记忆合计材料。因此，在电子、机械、能源、宇航、汽车、医疗及日 常生活领域得到了广泛的实际应用。
[0005] 在Ni-Mn-Ga合金的研究中，多晶材料存在晶界、第二相以及多种孪晶变体等因素 阻碍孪晶界的运动，而通过小尺寸材料，如纤维丝材，能减少晶界的数量，而且可以通过适 当热处理，减少应力、缺陷，使孪晶界容易移动，从而提高变形能力。这对于开发尺寸小、应 变大、响应频率高的微型化功能器件有重要意义。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种在复合磁场作用下可扭转的Ni-Mn-Ga合金丝，合金丝质量高、直 径不同而且连续，在轴向磁场Ha和周向磁场He共同作用下，较小磁场下就能发生较大扭 转。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] -种磁致扭转Ni-Mn-Ga合金丝，所述合金丝在磁场作用下发生扭转。
[0009] 进一步的，所述合金丝各组分的原子百分比分别为：Ni :48-60, Mn :22-30, Ga: 20-28,各组分总和为100。
[0010] 进一步的，所述合金丝直径为30-300 y m，长度为10_200cm。
[0011] -种磁致扭转Ni-Mn-Ga合金丝的制备方法，所述方法采用以下设备，所述设备包 括：真空系统、电机升降系统、合金导入系统、冷却系统、绕丝装置和红外线测温装置，电机 升降系统由伺服电机和升降杆组成，导入系统由波纹管、四通装置、直线导入器和导入杆构 成，四通装置上部连接直线导入器，四通装置下部和波纹管连接，波纹管底部连接玻璃管， 导入杆穿过波纹管在玻璃管内随升降电机控制金属补充，波纹管底部与升降杆连接，由伺 服电机驱动，升降杆控制玻璃管的升降，玻璃管周围由盘香状感应线圈构成的加热系统，玻 璃管下面由循环水冷却装置构成的冷却系统和绕丝装置，所述方法具体包括以下步骤：
[0012] 步骤1、将高纯合金元素Ni (>99. 9 % )、Mn (>99. 9 % )、Ga (>99. 99 % )按名义成分 原子百分比配比好的合金约40-80g，采用真空电弧炉熔炼成均匀的母合金，反复熔炼3-5 次，电磁搅拌1-2次，合金组分成分尽可能均匀，得到合金铸锭；
[0013] 步骤2、铸锭块进行均匀化退火，将合金锭真空封装在耐高温石英管中，真空度为 10-5Pa，将合金锭块900°C退火24- 48h后，在冰水中淬火；
[0014] 步骤3、将步骤2中的合金锭块切成直径为6-9mm、长度为4-10mm合金棒，打磨、清 洗、干燥，将制备好的合金棒与导入杆连接，装入直径为l〇mm，长15cm的Pyrex玻璃管中，将 玻璃管与波纹管连接，开启冷却系统循环水，启动真空系统抽至5Pa，充氩气至0.1 Pa，真空 系统抽真空反复循环2-5次，减少合金锭块氧化；
[0015] 步骤4、启动感应线圈高频感应加热装置，启动红外测温装置，合金锭融化，玻璃 管开始软化，待合金充分融化开始沸腾，同时玻璃管熔融软化时，用玻璃棒或钨棒从玻璃管 底部快速引出合金丝；此刻转动直线导入器上端转轴，将合金棒和导入杆下移，补充金属消 耗；同时启动直线伺服电机控制升降杆下降，使波纹管伸长，玻璃管下降来补充消耗的玻 璃，细丝经过水冷或空冷后缠绕在下端绕丝装置的转轴上，控制绕丝电机速度制得直径为 30-300 ym Ni-Mn-Ga 合金丝。
[0016] 进一步的，步骤1中各组分的原子百分比分别为：Ni :48-60, Mn :22-30, Ga: 20-28,各组分总和为100。
[0017] 本发明优点在于：
[0018] (1)合金丝具有圆整度高，表面质量好，尺寸均勾，连续性好的特点，长度可达 200cm。
[0019] (2)小磁场，大扭转。相对于传统材料铁基丝和钴基丝而言，在较小磁场下就能发 生较大扭转。具有变形大，响应速度快的特点。在驱动、换能和传感器领域具良好应用前景。
【附图说明】
[0020] 图1是合金丝SEM图像
[0021] 图2是Ni-Mn-Ga合金丝扭转随周向磁场变化曲线
[0022] 图3为制备方法所采用的设备结构示意图；
[0023] 图4是光杠杆法测量魏德曼扭转角示意图
[0024]图 4 中：
[0025]
[0026]。
【具体实施方式】
[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0028] 相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修 改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细 节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的 描述也可以完全理解本发明。
[0029] 如图1-2所示，一种磁致扭转Ni-Mn-Ga合金丝，所述合金丝在较小磁场下就能发 生较大扭转，所述合金丝各组分的原子百分比分别为：Ni :48-60, Mn :22-30, Ga :20-28,各 组分总和为100,所述合金丝直径为30-300 y m，合金丝抗拉强度为300Mp或更高；具有单程 或双形状记忆效应；具有超弹性性能及延性，超弹性应变可达8%或更高，卸载后具有90% 以上恢复率；微丝具有微晶或非晶结构，直径在l〇〇 ym-下的合金丝在水冷激冷下形成纳 米晶和非晶结构，而直径100 y m以上具有微晶结构，平均晶粒尺寸3 y m或更小，表面平滑 光亮、均匀，连续性好，长度为10-200cm。
[0030] 如图3所示，一种磁致扭转Ni-Mn-Ga合金丝的制备方法，所述方法采用以下设备， 所述设备包括：真空系统、电机升降系统、合金导入系统、冷却系统、绕丝装置和红外线测温 装置10,电机升降系统由伺服电机3和升降杆5组成，导入系统由波纹管6、四通装置2、直 线导入器1和导入杆4构成，四通装置2上部连接直线导入器1，四通装置2下部和波纹管 6连接，波纹管6底部连接玻璃管7,导入杆4穿过波纹管6在玻璃管7内随升降电机控制 金属补充，波纹管6底部与升降杆5连接，由伺服电机3驱动，升降杆5控制玻璃管7的升 降，玻璃管7周围由盘香状感应线圈9构成的加热系统，玻璃管7下面由循环水冷却装置11 构成的冷却系统和绕丝装置12,所述方法具体包括以下步骤：
[0031] 步骤1、将高纯合金元素Ni (>99. 9 % )、Mn (>99. 9 % )、Ga (>99. 99 % )按名义成分 原子百分比配比好的合金约40-80g，采用真空电弧炉熔炼成均匀的母合金，反复熔炼3-5 次，电磁搅拌1-2次，合金组分成分尽可能均匀，得到合金铸锭；
[0032] 各合金组分的原子百分比分别为：Ni :48-60, Mn :22-30, Ga :20-28,各组分总和为 100 ；
[0033] 步骤2、铸锭块进行均匀化退火，将合金锭真空封装在耐高温石英管中，真