一种Gd-Co基非晶纳米晶磁制冷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及磁性材料领域，公开了一种Gd‑Co基非晶纳米晶磁制冷材料及其制备方法，其化学通式为：Gd55Co35Al10。该磁制冷材料的制备方法，包括以下步骤：(1)选用纯元素Gd、Co、Al按照上述合金的名义成分称重混合；(2)将上述混合元素进行反复熔炼，得到均匀的合金铸锭；(3)将上述铸锭破碎成小块，利用甩带方法得到宽为1～2mm，厚度为25～30μm的条带；(4)将上述条带在603‑643K下退火10‑30min，之后快速淬入水中，得到磁制冷材料。本发明专利技术制备方法简单，制备的产品制冷量大，并获得了近70K的磁熵变平台，适用于埃里克森循环，非常适合作为70～140K温度区间的磁制冷工质材料。

【技术实现步骤摘要】
一种Gd-Co基非晶纳米晶磁制冷材料及其制备方法
本专利技术涉及一种磁性材料，特别涉及一种宽温区Gd基非晶纳米晶磁制冷材料及其制备方法。
技术介绍
在众多新型制冷技术(热电制冷、热声制冷、吸收/吸附制冷、激光制冷和磁制冷等)中，磁制冷技术由于高效节能(效率可以达到卡诺循环的60％)、无环境污染、运行可靠等一系列优点，被认为是最有前途完全取代气体压缩制冷的绿色制冷技术。基于理想磁埃里克森循环的高温区磁制冷技术，磁制冷材料在整个制冷温区范围内必须具有恒定的磁熵变(-ΔSM)，即所谓的平台状磁热效应。RC值(Refrigerantcapacity,简称RC)的大小是用来评估磁制冷材料具有潜在应用价值的重要指标，要优化RC值涉及到增加(-ΔSM)和扩大温度跨度δT。显然，具有窄温区大磁熵变的磁制冷材料未必具有大的RC值。虽然采用粒子排列烧结法、激光熔覆法和放电等离子火花烧结等复合方法能实现扩展制冷温区的目标，但是合成过程中需严格防止组元之间因固相反应而产生新相和因原子扩散而产生新的固溶体层，实际操作难度很大、制备工艺复杂，且制备的复合材料热阻比单一材料大。考虑到以上因素，适宜于磁埃里克森循环的制冷工质，最好的选择就是在较宽温区内保持近似恒定磁熵变值的单一材料。(GdxEr1-x)NiAl化合物(六角ZrNiAl-type晶体结构)在～10-80K温区出现多个相变点(相当于层状结构复合材料)，例如(Gd0.5Er0.5)NiAl化合物的5个相变点分别位于7、15、25、26.5和37.5K。但这种单相磁性材料在宽温区同时具有多个磁相变的情况并不多见，而且在其它温区的磁制冷应用方面不具备推广意义。因此开发新的制备工艺对获得具有磁熵变平台的复合磁工质具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在克服现有技术的缺陷，提供一种结构稳定、环保且具有较大制冷量的Gd-Co基非晶纳米晶磁制冷材料。本专利技术的另一个目的在于提供了上述非晶纳米晶磁制冷材料的制备方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种Gd-Co基非晶纳米晶磁制冷材料的制备方法，该材料的化学通式为：Gd55Co35Al10，其制备方法包括下述步骤：(1)选用纯元素Gd、Co、Al按照上述合金的名义成分称重混合；(2)将上述混合元素进行反复熔炼，得到均匀的合金铸锭；(3)将上述得到的铸锭破碎成小块，利用甩带方法得到宽为1～2mm，厚度为25～30μm的Gd55Co35Al10条带；(4)将上述得到的条带在603-643K下退火10-30min，之后快速淬入水中，得到Gd-Co基非晶纳米晶磁制冷材料。优选地，步骤(2)中所述的熔炼条件为真空电弧熔炼，抽真空至4.0x10-3Pa，采用高纯Ar清洗炉膛，充入低于1个大气压的高纯氩气作为保护气，熔炼过程中以海绵钛作为吸收载体。优选地，步骤(3)中所述的甩带条件：采用感应熔炼，抽真空至8.0x10-4Pa，采用高纯氩清洗炉膛，并用氩气作为保护气，铜辊切向线速度为45～50m/s，甩带过程中石英管内外压力差为0.08～0.09MPa。优选地，步骤(4)中所述的退火条件：对甩带制备的条带用石英管封装进行热处理。所述的退火条件：在603K退火10min，或在603K退火30min，或在643K退火10min，或在643K退火30min。本专利技术与现有技术相比具有如下优点和效果：(1)本专利技术所采用的制备工艺简单，适合工业化生产。(2)所制备的Gd55Co35Al10带材在603K+10min、603K+30min、643K+10min、643K+30min四种条件下热处理后，在133、132、135、132K，2T磁场下，磁熵变峰值分别为1.32、2.66、1.61和2.08J/kgK，其制冷量(RCP)值分别为76.3、159.3、93.1和117.4J/kg，并获得了近70K的磁熵变平台，适用于埃里克森循环，非常适合作为70～140K温度区间的磁制冷工质材料。附图说明图1为Gd55Co35Al10合金条带在室温下的X射线衍射图。图2为Gd55Co35Al10合金条带在400K至1000K之间的DSC曲线图。图3为Gd55Co35Al10合金条带的磁化强度与温度的关系曲线。图4为Gd55Co35Al10合金条带的Arrott曲线图。图5为Gd55Co35Al10合金条带的等温磁化曲线。图6为Gd55Co35Al10合金条带在2T磁场下的磁熵变与温度的关系曲线。图7(a)为Gd55Co35Al10合金条带在603K，10min和30min热处理下的X射线衍射图。图7(b)为Gd55Co35Al10合金条带在643K，10min和30min热处理条件下的X射线衍射图。图8为Gd55Co35Al10合金条带在四种热处理工艺后的300K至1000K之间的DSC曲线图。图9为Gd55Co35Al10合金条带在四种热处理工艺后的磁化强度与温度的关系曲线。图10(a)为Gd55Co35Al10合金条带在603K，10min热处理后的Arrott曲线图。图10(b)为Gd55Co35Al10合金条带在603K，30min热处理后的Arrott曲线图。图10(c)为Gd55Co35Al10合金条带在643K，10min热处理的Arrott曲线图。图10(d)为Gd55Co35Al10合金条带在643K，30min热处理后的Arrott曲线图。图11(a)为Gd55Co35Al10合金条带在603K，10min热处理后的等温磁化曲线。图11(b)为Gd55Co35Al10合金条带在603K，30min热处理后的等温磁化曲线。图11(c)为Gd55Co35Al10合金条带在643K，10min热处理后的等温磁化曲线。图11(d)为Gd55Co35Al10合金条带在643K，30min热处理后的等温磁化曲线。图12为Gd55Co35Al10合金条带在四种热处理工艺后在2T磁场下的磁熵变与温度的关系曲线。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1本专利技术公开了一种Gd-Co基原位复合非晶纳米晶磁制冷材料，化学式为：Gd55Co35Al10，其制备方法如下：步骤一：将纯元素Gd、Co和Al按照Gd55Co35Al10的名义合金成分配比称样混合，试样名义总重量为10g；步骤二：将上述配好的原料放入真空电弧炉中，采用海绵Ti作为吸收氧气氛的载体，分别抽低真空和高真空至4.0x10-3，采用高纯氩气清洗炉膛，充入低于1个大气压的高纯氩气作为保护气，反复熔炼5次，冷却后得到成分均匀的纽扣状铸锭；步骤三：将熔炼后的铸锭破碎，放入石英管中，抽真空至8.0x10-4Pa，采用高纯氩清洗炉膛，并用氩气作为保护气，铜辊切向线速度为45～50m/s，甩带过程中石英管内外压力差为0.08～0.09MPa，得到宽为1～2mm、厚约为25～30μm的条带。步骤四：采用封管机将甩带制备的条带用石英管封装，并分别在603K+10min、603K+30min、643K+10min、643K+30min四种条件下利用箱式电阻炉进行热处理，然后进行淬火处理。经过上述前三个步骤得到的条带经X射线衍射分析表明，Gd55Co35Al10快淬条带出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Gd‑Co基非晶纳米晶磁制冷材料的制备方法，其特征在于，该材料的化学通式为：Gd

【技术特征摘要】
1.一种Gd-Co基非晶纳米晶磁制冷材料的制备方法，其特征在于，该材料的化学通式为：Gd55Co35Al10，其制备方法包括下述步骤：(1)选用纯元素Gd、Co、Al按照上述合金的名义成分称重混合；(2)将上述混合元素进行反复熔炼，得到均匀的合金铸锭；(3)将上述得到的铸锭破碎成小块，利用甩带方法得到宽为1-2mm，厚度为25～30μm的Gd55Co35Al10条带；(4)将上述得到的条带在603-643K下退火10-30min，之后快速淬入水中，得到Gd-Co基非晶纳米晶磁制冷材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的熔炼条件为真空电弧熔炼，抽真空至4.0x10-3Pa，采用高纯Ar清洗炉膛，充入低于1个大气压的高纯氩气作...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟喜春，黄旭文，沈小艳，刘仲武，焦东玲，张辉，邱万奇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44