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艾拉维斯对维戈塞尔塔: 鈷鎳單晶磁控形狀記憶合金.pdf

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鈷鎳單晶磁控 形狀 記憶 合金
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摘要
申請專利號:

CN02111297.5

申請日:

2002.04.09

公開號:

CN1386878A

公開日:

2002.12.25

當前法律狀態:

終止

有效性:

無權

法律詳情: 專利權的終止(未繳年費專利權終止)授權公告日:2004.10.6|||授權|||實質審查的生效|||公開|||實質審查的生效
IPC分類號: C22C19/07; C22F3/02; //C22K1:00 主分類號: C22C19/07; C22F3/02; //C22K1:00
申請人: 上海交通大學;
發明人: 江伯鴻; 劉巖; 漆璿; 周偉敏
地址: 200030上海市華山路1954號
優先權:
專利代理機構: 上海交達專利事務所 代理人: 毛翠瑩
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法律狀態
申請(專利)號:

CN02111297.5

授權公告號:

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

法律狀態公告日:

2008.06.11|||2004.10.06|||2003.03.19|||2002.12.25|||2002.10.02

法律狀態類型:

專利權的終止(未繳年費專利權終止)|||授權|||實質審查的生效|||公開|||實質審查的生效

摘要

一種鈷鎳單晶磁控形狀記憶合金,其成分重量百分比為:鎳Ni 10%~35%,鈷Co 65%~90%,采用[001]方向的籽晶用提拉法或懸浮區域熔煉法,制取軸向為[001]的單晶,將單晶經過700-950℃高溫加熱后淬火熱處理,再經磁場熱處理后得到。本發明合金的磁致應變量遠高于現有商用磁致伸縮材料,同時響應頻率快,塑性良好,能進行冷熱加工,更具應用價值。

權利要求書

1: 一種鈷鎳單晶磁控形狀記憶合金,其特征在于成分重量百分比為:鎳Ni 10%~35%,鈷Co?65%~90%,單晶軸向為[001]。
2: 一種鈷鎳單晶磁控形狀記憶合金的制備方法,其特征在于取合金成分 重量百分比為:鎳Ni10%~35%,鈷Co?65%~90%,制取軸向為[001]的 單晶后,將單晶經過700-950℃高溫加熱后淬火熱處理,然后在強度為 +2T~2T的磁場下,使材料從母相冷卻到馬氏體相變結束溫度M f 以下, 或在磁場作用下在M f 以下和逆相變結束溫度A f 以上之間反復冷卻加熱, 進行磁場熱處理。
3: 如權利要求2所說的鈷鎳單晶磁控形狀記憶合金的制備方法,其特征 在于制取單晶時,采用[001]方向的籽晶用提拉法制備或采用懸浮區域 熔煉法制備,生長速度控制為1~10mm/小時。

說明書


鈷鎳單晶磁控形狀記憶合金

    技術領域:

    本發明涉及一種鈷鎳單晶磁控形狀記憶合金,可用于自動控制、能量轉換等場合作驅動器材料,屬于新型功能材料技術領域。背景技術:

    通常的形狀記憶合金是在應力場作用下變形,卸載后形狀完全回復(超彈性)或加溫后形狀回復(形狀記憶效應)的一種功能材料。它在自動控制、機械、通訊、醫療器件等領域已獲得廣泛的應用。其優點是輸出變形量大。然而響應頻率低。而壓電陶瓷和磁致伸縮材料,它們在應力或磁場的作用下也能發生應變,其響應頻率很高,但輸出應變很小。例如壓電陶瓷PZT,輸出應變僅為0.1%數量級;目前最好的商用磁致伸縮材料Terfenol-D(Tb0.27,Dy0.73,Fe2),場致應變約為0.24%由于輸出位移小,制約了輸出能量密度和傳播距離??杉⒁恢中灤凸δ懿牧?,使其既具有壓電陶瓷和磁致伸縮材料那樣快的響應頻率,又能如形狀記憶合金那樣輸出大的應變,對民用和軍事都有重大應用價值。例如發展大功率聲納,可以在更遠的距離發現目標。

    二十世紀九十年代中期,一種磁致形狀記憶材料應運而生。最先在鎳錳鎵(Ni2MnGa)單晶中發現,當沿
    方向在溫度265K施加8kOe磁場時,能誘發0.2%的應變(Ullakko?K,Huang?J.K,Kantner?C,O’Handley?and?Kokorin?S.J,Appl.Phys.Lett.1996,69:1966~1968.)。之后對非化學計量NiMnGa(Ni49.8Mn28.5Ga21.7)單晶,在室溫、4kOe磁場下,誘發切應變可達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是一種金屬間化合物,質脆易裂,且單晶生長時,Mn易揮發,使成分控制困難,制約了它的實際使用和規?;?。發明內容:

    本發明的目的在于針對現有技術的不足,提供一種固溶體合金—鈷鎳單晶磁控形狀記憶合金,使其磁致應變量遠高于現有商用磁致伸縮材料,同時響應頻率快,塑性良好,能進行冷熱加工,更具應用價值。

    為實現這樣的目的,本發明的技術方案如下:

    1、設計的合金成分重量百分比為:鎳Ni?10%~35%,鈷Co?65%~90%。在此成分范圍內,材料為固溶體,并具有從面心立方(fcc)到密排六方(hcp)的馬氏體相變。如果Ni含量超過35%(重量),馬氏體點Ms將在100K以下,相應地能發生磁誘發應變的溫度也十分低,無工業應用價值。隨Ni含量減少,馬氏體點逐漸升高。但如果Ni含量低于10%(重量),馬氏體點將高于673K,在室溫下幾乎全部為馬氏體組織,磁誘發應變只能通過馬氏體變體的再取向,而不能通過誘發新的馬氏體來產生,磁誘發應變量會減少。

    2、制取軸向為
    的單晶。采用
    方向的籽晶用提拉法制備或采用懸浮區域熔煉法制備,生長速度控制為1~10mm/小時。

    3、將制備的單晶經過700-950℃高溫加熱后淬火熱處理,然后在強度為+2T~-2T地磁場下,使材料從母相冷卻到馬氏體相變結束溫度Mf以下,或在磁場作用下在Mf以下和逆相變結束溫度Af以上之間反復冷卻加熱,進行磁場熱處理。

    本發明得到的合金產生巨磁致應變的機制,在于該合金系的易磁化方向為[111],當沿
    方向施加磁場時,晶體中易磁化方向的晶面將有向外磁場方向轉動的趨勢,從而驅動[111]面上的1/6<211>不全位錯發生移動,導致類似應力誘發六方馬氏體產生的過程,亦可使已經存在的有利取向的六方馬氏體變體,通過1/6<211>不全位錯的移動進一步長大、增多,形成有利取向的單變體,從而產生可觀的磁場誘發應變。

    本發明提供的新的磁誘發應變合金單晶,其磁致應變量可達1~5%,超過最好的商用磁致伸縮材料Terfenol-D數倍至數十倍,而頻率響應達數十千赫茲,成分易控制,塑性良好,能進行冷熱加工,能經受反復交變磁場誘發應變。附圖說明及具體實施方式:

    以下通過附圖及具體的實施例對本發明的技術方案作進一步描述。

    圖1為本發明實施例1制備得到的合金磁場一應變圖。

    圖中所示為Co-31.5%(重量)單晶,在室溫下,沿
    晶向施加1.2T磁場,能產生4.2%的應變,去除外磁場后,僅有0.2%殘留變形。實施例1:

    用純度為99.95%的電解Ni和電解Co配制成Co-31.5%(重量)Ni合金,經仔細清洗,去除表面油污和氧化物,在真空非自耗電弧爐中熔煉成鈕扣狀錠,反復熔煉3次,以保證成分均勻,再滴注成Φ10mm×110mm多晶園棒,供制備單晶用。采用光學懸浮區域熔煉爐,生長速度控制為5mm/小時,制成軸向為
    的單晶。經過800℃淬火,快冷到室溫,其Ms點為261.5K,As=445K,在1kOe磁場下冷卻到77K(Mf以下溫度)。在室溫下沿母相
    晶向的飽和磁化強度可達120Am2·kg-1以上,且僅需3kOe的外磁場,即能達飽和。

    本實施例所得合金,沿
    方向施加外磁場,到8kOe可誘發近3.5%的應變,去除外磁場后應變完全回復。經反復加卸磁場數十次,應變反復產生同樣數值。當施加1.2T外磁場,可檢測到4.2%的應變,去除外磁場后,僅有0.2%的殘留變形,如圖1所示。實施例2:

    用高純原料按Co?67%和Ni?33%(重量)比例配制合金,置于坩鍋中,在真空下加熱熔化,使其溫度保持在稍高于合金的熔點之上。將具有
    軸向的籽晶下降到剛好與液面接觸,使其局部熔化,接著緩慢降低坩鍋溫度,同時使籽晶一邊旋轉一邊向上提拉,控制生長速度為5mm/小時,制成單晶。該合金馬氏體相變溫度Ms=174.8K,逆相變溫度As=382.8K,經熱處理和磁場處理后,沿
    方向施加外磁場,在180K以下,能誘發1~3%可逆應變。實施例3:

    以實施例1同樣方法制成Co-15.1%Ni(重量)單晶,馬氏體相變溫度Ms=569.4K,逆相變溫度As=649.5K,在磁場下反復加熱冷卻后,沿
    方向施加外磁場,在室溫,能誘發1~3%應變。

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