專(zhuān)利名稱(chēng)：NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種鐵磁形狀記憶合金及其制備方法，特別是一種NiMnGaSi合金粘結(jié) 磁體及其制備方法。
背景技術(shù)：
NiMnGa系鐵磁性形狀記憶合金，是近幾年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種新型智能材料，它具有 強(qiáng)鐵磁性、大磁致應(yīng)變以及溫控和磁控形狀記憶效應(yīng)等特性，有望成為新一代驅(qū)動(dòng)與傳感 材料，應(yīng)用前景十分廣闊。利用磁場(chǎng)改變馬氏體變體的取向，可以產(chǎn)生大的磁致應(yīng)變，如 S. J. Murray等于2000年得到6X的磁致應(yīng)變，A. Sozinoy等于2002年得到9. 5%的磁致應(yīng) 變。但這些大的磁致應(yīng)變，一般都發(fā)生在NiMnGa單晶中。由于單晶制備工藝復(fù)雜、制備成 本高、材料脆性大、生產(chǎn)效率低，很難大規(guī)模推廣應(yīng)用。 為此，人們把目光轉(zhuǎn)向鑄態(tài)多晶NiMnGa材料。由于一般的鑄態(tài)多晶NiMnGa材料 磁致應(yīng)變較小，難加工成各種復(fù)雜形狀，高頻渦流損耗高，無(wú)法應(yīng)用。人們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，通 過(guò)定向凝固、快淬、非化學(xué)計(jì)量和摻雜等方法，能有效地提高多晶NiMnGa材料的磁致應(yīng)變 性能和機(jī)械性能，并改變相變溫度；另外，可以先采用研磨方法制取多晶NiMnGa粉末，再加 適量的粘結(jié)劑模壓定型，能較有效地克服多晶NiMnGa材料難以加工成各種復(fù)雜形狀及在 高頻電磁場(chǎng)作用下易發(fā)熱等問(wèn)題。但傳統(tǒng)研磨由于外應(yīng)力的引入，會(huì)使多晶NiMnGa材料的 磁致應(yīng)變性能和其它性能指標(biāo)下降，不利于該材料的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決鑄態(tài)多晶NiMnGa材料脆性大、難加工成各種復(fù)雜形狀、高 頻渦流損耗高等問(wèn)題，又為解決傳統(tǒng)的NiMnGa粉末粘結(jié)方法(是將鑄錠研磨成一定粒度的 粉末，再加適量的粘結(jié)劑模壓定型而成)由于鑄錠研磨的外應(yīng)力而使NiMnGa材料磁致應(yīng)變 性能和其它性能指標(biāo)下降等問(wèn)題，發(fā)明一種采用還原擴(kuò)散方法制備N(xiāo)iMnGaSi合金粉末，再 將其粘結(jié)成一體的NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體及其制備方法。
本發(fā)明的目的是按如下的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。 所述NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體由Ni、 Mn、 Ga、 Si四種元素組成。
所述NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體的制備方法為 選用Ni203粉末、Ga203粉末、Mn粉、Ca粉、Si02乳膠液;以制備1000克NiMnGaSi 合金粘結(jié)磁體為計(jì)量的起點(diǎn)，則
Ni203的用量為 680-720克
320-360克 240-316克 865-1005克 3. 8-6. 5克



Ga203的用量為 Mn的用量為 Ca的用量為 Si02的用量為
所選的原料Ni203、 Mn、 Ga203粉未的純度在99. 9%以上，顆粒尺度為微米數(shù)量級(jí)；
4Si02乳膠液的純度為70%，顆粒尺度為納米數(shù)量級(jí)；Ca粉的純度在99.9%以上，顆粒尺度 為l毫米及以下。 所選的原料Ni203粉、Mn粉、Ga203粉、Ca粉在真空球球磨機(jī)上進(jìn)行均勻混料，再將
以上混料與Si02乳膠液進(jìn)行均勻混合，最后將混合料在壓料機(jī)下用10Mpa左右壓力成型，
成型的原料送入真空管式爐，通過(guò)還原反應(yīng)和擴(kuò)散反應(yīng)后，將反應(yīng)物經(jīng)去離子水溶液并多
次加熱浸漬、清洗、分離，分離的合金粉末經(jīng)真空干燥，得到NiMnGaSi合金粉末。 以上操作要求在真空手套箱內(nèi)進(jìn)行，并在高純氬氣保護(hù)下完成。 再將NiMnGaSi合金粉末粘結(jié)成一體，即得到NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體。 所述還原反應(yīng)為Ni203+3Ca = 2Ni+3CaO Ga203+3Ca = 2Ga+3CaO Si02+2Ca = Si+2CaO 其中Ca的實(shí)際量是以上標(biāo)準(zhǔn)值的1. 0-1. 4倍； 所述擴(kuò)散反應(yīng)為X Ni+Y Mn+Z Ga+T Si = NixMnYGazSiT 式中:X為48-52 ;Y為25-29 ;Z為20-24 ;T為0. 1-1 ; 所述還原反應(yīng)和擴(kuò)散反應(yīng)是在真空管式爐進(jìn)行，爐內(nèi)先抽真空至10—乍a，充純度為
99.9%的高純氬氣為1大氣壓，再抽真空至10—2pa，再?zèng)_氬氣至-0. 07Mpa。 所述將NiMnGaSi合金粉末粘結(jié)成一體的方法為 ①將硅烷偶聯(lián)劑(KH550)與丙酮進(jìn)行1 : 1稀釋?zhuān)瑪嚢杈鶆颍?②按合金磁粉質(zhì)量的1% -1. 2%加入以上溶液，攪勻磁粉； ③將粘有以上溶液的磁粉在IO(TC下真空烘干； 將SY-TG1膠粘劑溶于丙酮中，濃度為18-22 %，攪拌均勻成透明的膠粘劑；
⑤將以上膠粘劑混入真空烘干的磁粉中，攪拌均勻，確保磁粉表面有均勻的膠粘 劑； ⑥將浸有膠粘劑的磁粉加熱到6(TC去除溶劑，確保揮發(fā)含量小于1% ; ⑦用10-20Mpa壓力將磁粉模壓成棒狀； ⑧將模壓棒在14(TC的真空爐內(nèi)將其固化6小時(shí)； ⑨固化結(jié)束后，冷卻至6(TC以下再出爐。 上述操作在相對(duì)濕度不超過(guò)65%的環(huán)境中進(jìn)。 本發(fā)明的積極效果如下按照本發(fā)明所述方法制備的NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體，其 磁致應(yīng)變性能和機(jī)械性能都得到明顯的提高，磁測(cè)量表明，合金粘結(jié)磁體的馬氏體相變開(kāi) 始溫度Ms為308K，居里溫度Te為358K ;測(cè)量發(fā)現(xiàn)，NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體的磁致應(yīng)變?cè)?300K、0. 7T磁場(chǎng)下的磁致應(yīng)變?yōu)?. 56%，0. 5T磁場(chǎng)下的磁致應(yīng)變也有0. 36% ;本合金粘結(jié) 磁體，在高頻電磁場(chǎng)作用下不易發(fā)熱，可以根據(jù)工件的要求加工成不同尺寸和形狀，有較大 的應(yīng)用價(jià)值。


圖1是NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體的交流磁化率x隨溫度T的降溫曲線(xiàn)
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所述NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體的制備方法為 (1)原料及用量
原料為Ni203粉未；￡1203粉未、Mn粉，Ca粉；Si02乳膠液；按以下反應(yīng)方程進(jìn)行配
料









Ga203的用量為 Mn的用量為 Ca的用量為 Si02的用量為
505Ni203+542Mn+221Ga203+6Si02+2 1 90Ca = 20Ni50.5Mn27. .^i。. 3+2190Ca0 其中實(shí)際Ca量是以上標(biāo)準(zhǔn)值的1. 2倍 以制備1000克NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體為計(jì)量的起點(diǎn)，則 Ni203的用量為 696. 48克 345. 40克 248.39克 878.26克 4. 28克
所選的原料，Ni203、Mn、GaA粉未的純度在99. 9%以上，顆粒尺度為微米數(shù)量級(jí)； Si02乳膠液的純度為70%，顆粒尺度為納米數(shù)量級(jí)；Ca粉的純度在99.9%以上，顆粒尺度 為l毫米及以下。 將Ni203粉、Mn粉、Ga203粉、Ca粉在真空球磨機(jī)上進(jìn)行均勻混料，再將以上混料與
Si02乳膠液進(jìn)行均勻混合，最后將混合料在壓料機(jī)下用10Mpa左右壓力成型，成型后的原料
送入真空管式爐，通過(guò)還原反應(yīng)和擴(kuò)散反應(yīng)得到NiMnGaSi合金粉末。 以上操作要求在真空手套箱內(nèi)，并在高純氬氣保護(hù)下完成。 (2)還原反應(yīng)Ni203+3Ca = 2Ni+3CaO Ga203+3Ca = 2Ga+3CaO Si02+2Ca = Si+2CaO 其中Ca的實(shí)際量是以上標(biāo)準(zhǔn)值的1. 2倍。 [OO62] (3)擴(kuò)散反應(yīng)X Ni+Y Mn+Z Ga+T Si = NixMnYGazSiT 式中X為50. 5 ;Y為27. 1 ;Z為22. 1 ;T為0. 3。 (4)反應(yīng)條件 反應(yīng)是在真空管式爐進(jìn)行，爐內(nèi)先抽真空至10—乍a，充純度為99.9X的高純氬氣
為1大氣壓，再抽真空至10—2Pa，再?zèng)_氬氣至-0. 07Mpa。 (5)反應(yīng)時(shí)間和溫度 還原時(shí)間900分鐘，還原溫度700 °C ; 擴(kuò)散時(shí)間600分鐘，擴(kuò)散溫度850°C ; 真空管式爐各階段反應(yīng)時(shí)間與溫度，50-300 °C ， 60分；300-300 °C ， 10分；300-700°C，80分；700-700°C，900分；700-850,30分；850-850。C，600分；出爐時(shí)用冰水淬 火。 (6)磁粉清洗 反應(yīng)完畢，將反應(yīng)物經(jīng)去離子水溶液加熱浸漬、清洗、分離，分離的合金粉末經(jīng)真 空干燥。 (7)磁粉粘結(jié) ①將硅烷偶聯(lián)劑(KH550)與丙酮進(jìn)行1 : 1稀釋?zhuān)瑪嚢杈鶆颍?
②按合金磁粉質(zhì)量的1% -1. 2%加入以上溶液，攪勻磁粉；
③將粘有以上溶液的磁粉在IO(TC下真空烘干； 將SY-TG1膠粘劑溶于丙酮中，濃度為20%左右，攪拌均勻成透明的膠粘劑；
⑤將以上膠粘劑混入真空烘干的磁粉中，攪拌均勻，確保磁粉表面有均勻的膠粘 劑； ⑥將浸有膠粘劑的磁粉加熱到6(TC去除溶劑，確保揮發(fā)含量小于1% ; ⑦用10-20Mpa壓力將磁粉模壓成棒狀； ⑧將模壓棒在14(TC的真空爐內(nèi)將其固化6小時(shí)； ⑨固化結(jié)束后，冷卻至6(TC以下再出爐。 上述操作在相對(duì)濕度不超過(guò)65%的環(huán)境中進(jìn)行。 本發(fā)明的制備方法所產(chǎn)出NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體，其主要性能指標(biāo)如下
(1) NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體的相變溫度馬氏體相變的開(kāi)始溫度Ms為308K，終止 溫度Mf為255K ;逆馬氏體相變的開(kāi)始溫度As為292K，終止溫度Af為325K，樣品的居里溫 度為358K ; (2) NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體的磁致應(yīng)變?cè)?00K、0. 7T磁場(chǎng)下的磁致應(yīng)變?yōu)?0. 56%，0. 5T磁場(chǎng)下的磁致應(yīng)變?yōu)?. 36%。
權(quán)利要求
一種NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體，其特征在于所述NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體由Ni、Mn、Ga、Si四種元素組成。
2. —種NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體的制備方法，其特征在于所述NiMnGaSi合金粘結(jié)磁 體的制備方法為選用Ni203粉末、Ga203粉末、Mn粉、Ca粉、Si02乳膠液;以制備1000克NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體為計(jì)量的起點(diǎn)，則Ni203的用量為 680-720克 Ga203的用量為 320-360克 Mn的用量為 240-316克Ca的用量為 865-1005克Si02的用量為 3. 8-6. 5克將Ni203粉、Mn粉、Ga203粉、Ca粉在真空球磨機(jī)上進(jìn)行均勻混料，再將以上混料與Si02 乳膠液進(jìn)行均勻混合，最后將混合料在壓料機(jī)下用10Mpa左右壓力成型； 成型的原料通過(guò)還原反應(yīng)和擴(kuò)散反應(yīng)得到NiMnGaSi合金粉末； 再將NiMnGaSi合金粉末粘結(jié)成一體，即得到NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體； 以上操作要求在真空手 套箱內(nèi)進(jìn)行，并在高純氬氣保護(hù)下完成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體的制備方法，其特征在于所選的原 料Ni203、 Mn、 Ga203粉未的純度在99. 9%以上，顆粒尺度為微米數(shù)量級(jí)；Si02乳膠液的純度 為70X，顆粒尺度為納米數(shù)量級(jí)；Ca粉的純度在99.9%以上，顆粒尺度為l毫米及以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體的制備方法，其特征在于 所述還原反應(yīng)為Ni203+3Ca = 2Ni+3CaO Ga203+3Ca = 2Ga+3CaO Si02+2Ca = Si+2CaO其中Ca的實(shí)際量是以上標(biāo)準(zhǔn)值的1-1. 4倍； 所述擴(kuò)散反應(yīng)為X Ni+Y Mn+Z Ga+T Si = NixMnYGazSiT式中:X為48-52 ;Y為25-29 ;Z為20-24 ;T為0. 1-1 ;所述還原反應(yīng)和擴(kuò)散反應(yīng)是在真空管式爐進(jìn)行，爐內(nèi)先抽真空至10—2Pa，充純度為 99. 9%的高純氬氣為1大氣壓，再抽真空至10—2pa，再?zèng)_氬氣至-0. 07Mpa。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體的制備方法，其特征在于 所述將NiMnGaSi合金粉末粘結(jié)成一體的方法為① 將硅烷偶聯(lián)劑(KH550)與丙酮進(jìn)行1 : l稀釋?zhuān)瑪嚢杈鶆?；?按合金磁粉質(zhì)量的1% -1. 2%加入以上溶液，攪勻磁粉；③ 將粘有以上溶液的磁粉在IO(TC下真空烘干； 將SY-TG1膠粘劑溶于丙酮中，濃度為18-22%左右，攪拌均勻成透明的膠粘劑； 將以上膠粘劑混入真空烘干的磁粉中，攪拌均勻，確保磁粉表面有均勻的膠粘劑；⑥ 將浸有膠粘劑的磁粉加熱到6(TC去除溶劑，確保揮發(fā)含量小于1% ;⑦ 用10-20Mpa壓力將磁粉模壓成棒狀；⑧ 將模壓棒在14(TC的真空爐內(nèi)將其固化6小時(shí)；⑨ 固化結(jié)束后，冷卻至6(TC以下再出爐。
全文摘要
本發(fā)明是一種鐵磁形狀記憶合金及其制備方法，特別是一種NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體及其制備方法。NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體的制備方法是選用原料Ni2O3粉末、Ga2O3粉末、Mn粉、Ca粉和SiO2乳膠液，通過(guò)還原反應(yīng)和擴(kuò)散反應(yīng)得到NiMnGaSi合金粉末；再將NiMnGaSi合金粉末粘結(jié)成一體，即得到NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體。本發(fā)明的NiMnGaSi合金粘結(jié)磁體，其磁致應(yīng)變性能和機(jī)械性能都得到明顯的提高，在高頻電磁場(chǎng)作用下不易發(fā)熱，可以根據(jù)工件的要求加工成不同尺寸和形狀，有較大的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H01F1/047GK101714451SQ20091015335
公開(kāi)日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月15日
發(fā)明者馮尚申, 周英, 蔡培陽(yáng), 薛雙喜, 陳衛(wèi)平 申請(qǐng)人:臺(tái)州學(xué)院