一种柔性MnNiTi基磁相变合金材料及其制备方法、调控方法和应用技术

本发明专利技术涉及磁相变合金材料技术领域，为解决现有磁相变材料元素掺杂调控方式对磁性的改变不可控，实效可行性较差的问题，提供了一种柔性MnNiTi基磁相变合金材料及其制备方法、调控方法和应用，所述柔性MnNiTi基磁相变合金材料的化学式为Mn

【技术实现步骤摘要】
一种柔性MnNiTi基磁相变合金材料及其制备方法、调控方法和应用


[0001]本专利技术涉及磁相变合金材料
，尤其涉及一种柔性MnNiTi基磁相变合金材料及其制备方法、调控方法和应用。

技术介绍

[0002]磁相变材料能够在室温附近展示出较大的磁热效应是实现有效磁制冷的关键。磁热效应材料制冷的核心是依赖于各种特性的磁相变材料，它可以从制冷对象的冷端吸收热量，并将热量输送到热端，然后在压力、电场或磁场等外加刺激的往复作用下将热量释放到环境中，从而达到制冷效果。不同于我们现在冰箱和空调中使用的氟利昂挥发性液体制冷剂制冷，基于磁热材料的制冷循环是环保又相对节能的方法，在未来它很有可能会取代传统的制冷技术。因此，如何获得巨大且接近室温的磁热效应是亟待解决的问题。
[0003]为使磁热效应得到实际应用，磁制冷材料应该满足磁滞和热滞小（循环效率高），性能稳定，易于加工，绿色安全环保等条件，据此利用赫斯勒合金中的磁热效应，在高效制冷方面具有巨大的潜力。赫斯勒合金是有关于磁热效应的磁相变材料最重要的成员之一，它展现出许多的功能性，比如磁致电阻，磁热效应，弹热效应以及能量转换等。这些效应大部分与从高对称性的奥氏体至低对称性马氏体发生的铁磁马氏体相变有关，在铁磁马氏体相变过程中往往伴随着明显的磁相变和结构相变，而且两者经常同时发生。近几年，许多结构和磁性转变温度接近或在室温附近并伴随有较大的磁热效应的赫斯勒合金被广泛研究，它们被广泛应用于磁性致动器，传感器，磁性制冷等。
[0004]这些合金广泛应用的主要困难之一在于的它们易脆性和延展性差。为了克服NiMn基合金这一缺点，通常的方法是在易脆性的赫斯勒基体中引入fcc第二相，通过在三元Ni-Mn-X合金中添加第四个元素来实现的，这有效提高了赫斯勒合金的韧性。例如最近报道的Ni
50
Mn
50-x
Ti
x
和Mn
50
Ni
50-x
Ti
x
。2015年，刘恩克等人首次报道了全d过渡族元素组成的新型NiMn基Heusler合金体系（Ni-Mn-Ti），表明d-d轨道杂化同样可以获得高有序结构，并且通过Co或Fe等元素的掺杂使得Ni-Mn-Ti（Co，Fe）体系成为了一类新型的铁磁马氏体相变体系。随后人们在该体系中获得了磁场诱发相变、磁热效应、弹热效应、磁致应变等性能，拓宽了铁磁马氏体相变的材料范围。
[0005]在块体、薄带、薄膜等形式的相变材料中，进行元素掺杂能够引入化学驱动力，使得两相能量平衡温度点产生移动，调控马氏体相变温度，完成磁性能的调控。但是这种对材料进行元素掺杂调控方式对磁性的改变不可控，实效可行性较差，不利于广泛应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了克服现有磁相变材料元素掺杂调控方式对磁性的改变不可控，实效可行性较差的问题，提供了一种具有低场各向异性磁热效应的柔性MnNiTi基磁相变合金材料。
[0007]本专利技术还提供了一种柔性MnNiTi基磁相变合金材料的制备方法，该方法操作简单，对设备无特殊要求，易于产业化。
[0008]本专利技术还提供了一种柔性MnNiTi基磁相变合金材料的磁性能的调控方法，该调控方法可以有效调控柔性MnNiTi基磁相变合金材料的磁各向异性，有利于获得较大的旋转磁热效应，使得磁化强度和磁热效应都有所增强，获得应变可调控的旋卡效应。
[0009]本专利技术还提供了一种柔性MnNiTi基磁相变合金材料在磁制冷以及磁性器件领域中的应用。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种柔性MnNiTi基磁相变合金材料，所述柔性MnNiTi基磁相变合金材料的化学式为Mn
50
Ni
50-a-b
Co
b
Ti
a
，其中，9≤a≤12，8≤b≤10。
[0011]本专利技术中通过将Co素掺杂到MnNiTi基Heusler合金体系，并将原本MnNiTi基合金中的Ni通过Co替换，从而得到新的合金。本专利技术中的这种Mn-Ni-Co-Ti合金材料能够在弯曲或者在磁场中旋转一定角度的条件下发生马氏体相变，导致材料中晶格的畸变，进而使磁性原子间距发生变化，强制性地改变了体系的磁性。随着相变的产生能够获得较大的磁化强度差，同时合金的相变温度、磁化强度等参数也能够随之改变，因而能够表现出增强的磁制冷效应；在此基础上，通过旋转角度，表征磁化强度与磁场角度的依赖性关系，可知在平行状态下的磁化强度明显比垂直下大，说明有较强的磁各向异性。
[0012]作为优选，所述柔性MnNiTi基磁相变合金材料的相变温度范围为150~350K。
[0013]MnNiTi基磁相变合金往往只在相变温度附近时才表现出较大的磁熵变效应，由于本专利技术中的材料的能够通过弯曲改变相变温度，使温度的范围靠近室温，通过本专利技术中的这种材料和方法能够在室温下获得磁化强度差与磁热效应的改善，在此基础上，改变该材料在磁场中的角度，表现出较大的磁各向异性，有利于获得较大的旋转磁热效应，使得磁化强度和磁热效应都有所增强，获得应变可调控的旋卡效应，这一前提条件能够让本专利技术中这种合金材料在磁制冷以及磁性器件等应用领域中具有更为广阔的前景。
[0014]作为优选，所述柔性MnNiTi基磁相变合金材料在0~5T磁场变化下，最大熵变值为11.25Jkg-1
K-1
。
[0015]本专利技术中所述的柔性MnNiTi基磁相变合金材料具有较高的磁熵变值，因而具有良好的磁热效应，能够有效应用于磁制冷过程之中。
[0016]一种柔性MnNiTi基磁相变合金材料的制备方法，包括以下步骤：（1）按照上述化学式中的配比称取原料；（2）将原料通过电弧熔炼得到MnNiTi基合金块体；（3）将MnNiTi基合金块体在真空条件下进行熔体快淬，得到相变薄带材料，即为柔性MnNiTi基磁相变合金材料。
[0017]作为优选，步骤（3）中，熔体快淬过程中，铜轮的转速为15~50m/s，所述相变薄带材料的薄带长约1~15cm，厚约20~30μm。
[0018]铜轮的转速对合金薄带的性能影响很大，合金薄带的平均晶粒尺寸、晶胞体积随轮速增加而减小，从而改变Mn-Mn的间距，调控薄带的冷却速度，获取具有不同相变温度的薄带。本专利技术优选15~50m/s转速，可以制备相变温度在室温附近的合金薄带。
[0019]一种柔性MnNiTi基磁相变合金材料的磁性能的调控方法，将柔性MnNiTi基磁相变
合金材料利用水溶性聚合物转移到高分子基材表面，通过弯曲或旋转高分子基材，改变柔性MnNiTi基磁相变合金材料的磁各向异性，获得应变可调控的旋卡效应，实现柔性MnNiTi基磁相变合金材料的磁性能的调控。
[0020]本专利技术中的“弯曲”指通过机械外力对其进行弯曲，从而改变磁性，相关磁效应以及磁各向异性；包括对表面负载有磁性MnNiTi基磁相变合金材料的高分子基材两端进行挤压，使得柔性M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性MnNiTi基磁相变合金材料，其特征在于，所述柔性MnNiTi基磁相变合金材料的化学式为Mn
50
Ni
50-a-b
Co
b
Ti
a
，其中，9≤a≤12，8≤b≤10。2.根据权利要求1所述的一种柔性MnNiTi基磁相变合金材料，其特征在于，所述柔性MnNiTi基磁相变合金材料的相变温度范围为150~350K。3.根据权利要求1所述的一种柔性MnNiTi基磁相变合金材料，其特征在于，所述柔性MnNiTi基磁相变合金材料在0~5T磁场变化下，最大熵变值为11.25Jkg-1
K-1
。4.一种如权利要求1-3任一所述的柔性MnNiTi基磁相变合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按照上述化学式中的配比称取原料；（2）将原料通过电弧熔炼得到MnNiTi基合金块体；（3）将MnNiTi基合金块体在真空条件下进行熔体快淬，得到相变薄带材料，即为柔性MnNiTi基磁相变合金材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，电弧熔炼真空度小于3
×
10-3
Pa。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，熔体快淬过程中，铜轮的转速为15~50m/s，所述相变薄带材料的薄带长约1~15cm，厚约20~30μm。7.一种如权利要求1-3任一所述的柔性MnNiTi基磁相变合金材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓宇，闫亚新，温嘉红，李勇，李领伟，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：