Material magnético de aleación con memoria de forma.

Material magnético de aleación con memoria de forma, con una temperatura de Curie (TC),

así como con una temperatura de cambio de fase (TA) desde una fase martensítica a una fase austenítica, presentando Ni, Mn y Ga en su composición, así como al menos Co:

NiaMnbGacCodFeeCuf, estando indicados los valores a, b, c, d, e y f en atom-%, y cumpliendo las siguientes condiciones:

44 ≤ a ≤ 51;

19 ≤ b ≤ 30;

18 ≤ c ≤ 24;

0,1 ≤ d< 3;

0 ≤ e ≤ 14,9;

0 ≤ f ≤ 14,9;

d+e+f ≤ 3;

a+b+c+d+e+f ≥ 100;

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09015426.

Solicitante: ETO MAGNETIC GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Hardtring 8 78333 Stockach ALEMANIA.

Inventor/es: LAUFENBERG,MARKUS DR, PAGOUNIS,EMMANOUEL DR.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C22C19/00 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS.C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › Aleaciones basadas en níquel o cobalto, solos o juntos.
  • C22C19/05 C22C […] › C22C 19/00 Aleaciones basadas en níquel o cobalto, solos o juntos. › con cromo.
  • H01F1/03 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01F IMANES; INDUCTANCIAS; TRANSFORMADORES; EMPLEO DE MATERIALES ESPECIFICOS POR SUS PROPIEDADES MAGNETICAS.H01F 1/00 Imanes o cuerpos magnéticos, caracterizados por los materiales magnéticos pertinentes; Empleo de materiales específicos por sus propiedades magnéticas. › caracterizados por su coercitividad.
  • H01L41/20 H01 […] › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 41/00 Dispositivos piezoeléctricos en general; Dispositivos electroestrictivos en general; Dispositivos magnetoestrictivos en general; Procedimientos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o tratamiento de estos dispositivos, o de sus partes constitutivas; Detalles (dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común H01L 27/00). › para los elementos magnetoestrictivos.

PDF original: ES-2536414_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Material magnético de aleación con memoria de forma

La presente invención se refiere a un material magnético de aleación con memoria de forma, a un elemento accionador fabricado con un material de aleación con memoria de forma de ese tipo, así como a una utilización de un material de ese tipo, o bien de un elemento accionador de ese tipo.

Del estado de la técnica son conocidos desde hace largo tiempo materiales que modifican su forma como reacción a una aplicación de un campo magnético. Los materiales de ese tipo son denominados típicamente como materiales magnetoplásticos, como MSMA (Magnetic Shape Memory Alloys) o bien como FSMA (Ferromagne-tic Shape Memory Alloys); en el sentido de la presente publicación, el concepto de "de aleación magnética con memoria de forma", o bien de "material magnético de aleación con memoria de forma" ha de utilizarse como concepto de un material de aleación que realiza una modificación de longitud y/o de forma con la aplicación de un campo magnético.

Del estado de la técnica son conocidas al respecto distintas aleaciones, en la forma de una aleación (ferro)magnética con memoria de forma, que muestran dilataciones en el campo de algún porcentaje (referido a una dimensión de un cuerpo respectivo del material magnético de aleación con memoria de forma), inducidas a través de un campo magnético externo.

Del estado de la técnica es conocido que aleaciones de FePd, además de las de NiMn-Ga, y también las de NiFeGa-muestran un comportamiento de dilatación de ese tipo, inducido por un campo magnético.

Sin embargo, la temperatura de utilización, así como con ello la utilidad técnica de las aleaciones de ese tipo está limitada a través de la llamada temperatura de Curie (Tc), a partir de la cual el material ya no es ferromagnético, así como está limitada a través de la llamada temperatura de cambio de fase, en la que tiene lugar el cambio de una fase martensítica del material a una fase austenítica. Por encima de cada uno de éstos límites de temperatura ya no aparece el efecto de dilatación proyectado, inducido magnéticamente y quizá utilizado para elementos de regulación, de forma que la más baja de esas dos temperaturas describe el límite de utilización para un respectivo material, o bien de una utilización del mismo a realizar.

En el caso de los materiales magnéticos de aleación con memoria de forma conocidos, la más baja de las dos temperaturas TC y Ta está situada típicamente en valores de hasta 65°C, de forma que queda excluida especialmente la utilización industrial, o bien la utilización especialmente deseable de los materiales de ese tipo en relación con accionadores en el campo del automóvil; así, las temperaturas aproximadas existentes en el recinto del motor de un automóvil sobrepasarían regularmente ese límite de temperatura, de forma que ya no está garantizado un funcionamiento fiable del accionador con la ayuda de los materiales magnéticos de aleación con memoria de forma.

Del documento JP 2002 285 269 A (Dido Steel Co.Ltd.), y allí especialmente la tabla 6, es conocido un material aleado, el cual presenta Ni, Nn, Ga, y además está presente el Co.

De aquí, el objetivo de la presente invención es conseguir un material (ferro)magnético de aleación con memoria de forma que presente, con respecto al estado de la técnica, una temperatura de Curie incrementada, así como una temperatura incrementada de cambio de fase, y en ello al mismo tiempo elevadas propiedades de dilatación inducida por campo magnético, y con ello que sea apropiado para utilizaciones en ambientes en los que existan temperaturas más elevadas, especialmente temperaturas por encima de 65°C, preferentemente temperaturas por encima de 80°C, y más preferentemente temperaturas por encima de 100°C. Además ha de conseguirse un elemento accionador basado en un material de aleación magnética con memoria de forma de ese tipo, y ha de lograrse una utilización para un elemento accionador de ese tipo, así como para un material de aleación magnética con memoria de forma de ese tipo.

El objetivo se alcanza a través de un material de aleación magnética con memoria de forma con las características de las reivindicaciones 1 y 3, del elemento con memoria de forma (elemento accionador) según la reivindicación independiente 11, así como de la utilización según las reivindicaciones 12 y 13; perfeccionamientos ventajosos de la invención están descritos en las reivindicaciones subordinadas.

De forma ventajosa, según la invención, el material de aleación magnética con memoria de forma posee una base compuesta por NiMnGa, con proporciones en atom-% definidas a través de los parámetros a, b, c, según la reivindicación principal. Adicionalmente, el material de aleación según la invención presenta al menos Co, pudiendo estar presente el Co también en combinación con Fe y/o Cu, según las proporciones en atom-% predeterminadas en la reivindicación principal con los parámetros d, e, f, presentando la base, compuesta por NiMnGa, una proporción (en atom-%) de al menos un 85%, y sin haber tenido en cuenta en la práctica las típicas impurezas que aparecen con otros elementos en las composiciones proporcionales.

Es decir, que de forma ventajosa según la invención ha resultado que una porción de cobalto (limitada, es decir, situada por debajo del 15%) en la aleación con memoria de forma repercute positivamente sobre una alta

temperatura de Curie, así como sobre una temperatura de cambio de fase, apareciendo además una dilatación inducida por campo magnético. En el perfeccionamiento según la invención se han significado como especialmente favorables y ventajosas las porciones de cobalto (en atom-%) de menos del 6% del conjunto de la aleación, y aún más de < 3% del conjunto de la aleación, habiéndose obtenido resultados especialmente buenos cuando el cobalto apareció en la aleación bien sin Fe y sin Cu, o bien estaba presente solamente en combinación con Fe en la aleación, en unión con la base de NiMnGa predefinida según la reivindicación.

En la práctica pudo realizarse de esa forma una temperatura de Curie, así como una temperatura de cambio de fase del material ferromagnético de aleación con memoria de forma que estaba situada por encima de 65°C, situándose combinaciones especialmente favorables por encima de 80°C, por encima de 100°C, o Incluso por encima de 120°C, de forma que, a este respecto, una utilización en entornos a alta temperatura por primera vez mediante un accionador basado en aleaciones magnéticas con memoria de forma aparece como factible y oportuna.

Además, en el marco de la invención pudo observarse, de forma ventajosa, que los materiales de aleaciones magnéticas con memoria de forma fabricados según la Invención posibilitan sin problemas dilataciones proporcionales (referidas a una medida de partida a lo largo de al menos una dimensión, sin la acción de un campo magnético) en el campo entre un 0,1% y más del 6% (dilatación libre Inducida por un campo magnético), siendo este comportamiento de dilatación dependiente de la temperatura en la forma esperada, y alcanzándose las dilataciones mínimas citadas especialmente por encima de las temperaturas críticas de 65°C, o bien de 80°C. También pueden alcanzarse dilataciones comparables, inducidas por campos magnéticos a las temperaturas citadas, bajo una tensión mecánica previa, típicamente > 0,1 Mpa, preferentemente > 0,5 Mpa, y más preferentemente > 2 Mpa.

Con ello, la presente invención es apropiada, de forma especialmente favorable, para fabricar un elemento accionador, el cual puede ser utilizado como elemento (magnético) de regulación a través de una combinación adecuada con un generador de campo magnético, por ejemplo una unidad de bobina, para finalidades múltiples de regulación en los campos del automóvil, industriales y otros, posibilitando las características favorables de temperatura, como se ha indicado anteriormente, una utilización por encima de los 65°C, preferentemente por encima de los 80°C, y más preferentemente por encima de los 100°C.

En ello, la presente invención no está limitada a la fabricación de elementos accionadores como cuerpos mono- o policristalinos, mas bien la invención abarca, y en su perfeccionamiento es posible fabricar el material como un cuerpo espumado, un polvo, una capa (fina) de película, una banda, o de otra forma, por ejemplo en combinación con otros materiales como material compuesto.

Como resultado, a través de la presente invención puede incrementarse significativamente hacia arriba, de forma sorprendente y sin embargo sencilla, el límite de temperatura de los materiales magnéticos usuales de aleación con... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Material magnético de aleación con memoria de forma, con una temperatura de Curie (TC), así como con una temperatura de cambio de fase (TA) desde una fase martensítica a una fase austenítica, presentando Ni, Mn y Ga en su composición, así como al menos Co:

NiaMnbGacCodFeeCuf, estando indicados los valores a, b, c, d, e y f en atom-%, y cumpliendo las siguientes condiciones:

44áaá51;

19 < b á30;

18 < c á 24;

0,1 ^ d < 3;

0 < e ^ 14,9;

0 < f ^ 14,9; d+e+f á 3;

a+b+c+d+e+f = 100;

2. Material según la reivindicación 1, caracterizado por que o bien es válido e>0yf=0, o bien e = 0 y f > 0.

3. Material magnético de aleación con memoria de forma, con una temperatura de Curie (TC), así como con una temperatura de cambio de fase (TA) desde una fase martensítica a una fase austenítica, presentando Ni, Mn y Ga en su composición, así como al menos Co:

N¡aMnbGacCodFeeCuf, estando indicados los valores a, b, c, d, e y f en atom-%, y cumpliendo las siguientes condiciones:

44 S a < 51;

19 < b <30;

18 á c < 24;

0,1 á d < 15;

0<eS 14,9;

0 < f < 14,9; d+e+f< 15; a+b+c+d+e+f = 100;

caracterizado por que

o bien es válido e > 0 y f = 0, o bien es válido e = 0 y f > 0, o bien es válido e > 0 y f > 0, o bien es válido d < 5,1.

4. Material según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que es válido 0,5 < d+e+f < 3.

5. Material según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la temperatura de Curie y la

temperatura de cambio de fase desde una fase martensítica a una fase austenítica están situadas respectivamente por encima de 65°C, preferentemente por encima de 80°C, más preferentemente por encima de 100°C, y más preferentemente por encima de 120°C.

6. Material según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la temperatura de Curie es más

elevada que la temperatura de cambio de fase, preferentemente en al menos 10K, más preferentemente en al

menos 20K.

7. Material según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que un cuerpo fabricado con el material, bajo la acción de un campo magnético de un máximo de 2T, y de una temperatura por encima de 65°C, preferentemente por encima de 80°C, más preferentemente por encima de 100°C, y más preferentemente por encima de 120°C, presenta una dilatación libre, inducida por el campo magnético, de > 0,1%, preferentemente > 1 %, más preferentemente > 3%, y más preferentemente > 6%.

8. Material según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que un cuerpo fabricado con el material, bajo la acción de un campo magnético de un máximo de 2T, y de una temperatura por encima de 65°C, preferentemente por encima de 80°C, más preferentemente por encima de 100°C, y más preferentemente por encima de 120°C, presenta una dilatación libre, inducida por el campo magnético, de > 0,1%, preferentemente > 1 %, más preferentemente > 3%, y más preferentemente > 6%, bajo una tensión previa de al menos 0,05 Mpa, y preferentemente bajo una tensión previa de 2Mpa.

9. Material según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el material está fabricado como material monocristalino, especialmente con la utilización de un procedimiento Bridgman.

10. Material según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el material es un material oligocristalino, policristalino o amorfo.

11. Elemento con memoria de forma, fabricado con el material según una de las reivindicaciones 1 a 10, para

su utilización como elemento accionador en un elemento accionador y/o como elemento sensor en un sensor.

12. Utilización del material según una de las reivindicaciones 1 a 8 para la fabricación de un material compuesto, de un polvo, de una estructura de capa fina, de una banda, de fibras, o bien de espumas.

13. Utilización de un material con memoria de forma según la reivindicación 11 para la realización de un 10 dispositivo de regulación y/o de un dispositivo sensor para la técnica del automóvil, para la técnica de la industria o

de la medicina, y/o para la técnica de la medición.


 

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