本发明专利技术提供一种具有大熵变的MnCoGe基铁磁马氏体相变材料及其制备方法和用途。材料的化学通式为：MnCoGe1-xAlx，其中，0＜x≤0.04。其制备方法为：通过电弧技术熔炼，经过真空退火处理得到MnCoGe1-xAlx合金。该晶体具有Ni2In型六角结构的高温奥氏母相，随着温度的降低，结构转变为TiNiSi型正交结构的低温马氏体相，本发明专利技术所述的铁磁马氏体相变材料的马氏体结构相变温度大范围可调。尤其在室温附近，可以获得较大的磁熵变，且滞后损耗小，无毒，更适用于应用。该材料体系具有原料储备丰富，工艺简单，适用于工业化生产等特点。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种具有大熵变的MnCoGe基铁磁马氏体相变材料及其制备方法和用途。材料的化学通式为：MnCoGe1-xAlx，其中，0＜x≤0.04。其制备方法为：通过电弧技术熔炼，经过真空退火处理得到MnCoGe1-xAlx合金。该晶体具有Ni2In型六角结构的高温奥氏母相，随着温度的降低，结构转变为TiNiSi型正交结构的低温马氏体相，本专利技术所述的铁磁马氏体相变材料的马氏体结构相变温度大范围可调。尤其在室温附近，可以获得较大的磁熵变，且滞后损耗小，无毒，更适用于应用。该材料体系具有原料储备丰富，工艺简单，适用于工业化生产等特点。【专利说明】
本专利技术涉及一种磁性功能材料，特别是指涉及一种具有大熵变的MnCoGe基铁磁马氏体相变材料MnCoGei_xAlx及其制备方法和材料用途。
技术介绍
磁制冷技术是一项绿色环保的制冷技术。与传统气体压缩膨胀的制冷技术相比，磁制冷是采用磁性物质作为制冷工质，对臭氧层无破坏作用，无温室效应。在制冷效率方面，磁制冷可以达到卡诺循环的30%飞0%，而依靠气体压缩膨胀的制冷循环一般只能达到卡诺循环的59TlO%，因此，磁制冷技术具有良好的应用前景，被誉为高新绿色制冷技术。磁制冷技术，尤其是室温磁制冷技术在家用冰箱和空调等产业方面具有极大的潜在应用市场，所以受到国内外研究机构和产业部门的关注。通常，人们用磁熵变和绝热温度变化来描述磁制冷工质的磁热性能。与绝热温度变化相比，磁熵变更加易于准确的测量，因而人们更习惯于采用磁熵变来表征磁制冷材料的磁热效应。因此，寻找在室温温区具有大磁熵变的磁制冷材料成为国内外研究的重点。1997年，美国AMES实验室发现Gd5Si2Ge2合金具有巨磁热效应，该材料的大磁熵变的来源为一级磁相变。与二级相变相比，发生一级相变的材料的磁熵变往往集中在较窄温区，可获得较高幅度磁熵变。随后，国内外研究机构开始寻找在室温附近具有大熵变的材料，例如:MnAs基化合物、NiMn基哈斯勒合金、La (Fe, Si) 13基化合物、MnFeP基化合物等室温磁制冷材料相继被人们发现。马氏体相变是固态相变中一种非常重要的非扩散型晶体结构相变，为一级相变。相变时，高温母相格点在原子尺度内发生无扩散位移型切变，因此又被称为位移型相变。相变前后两相化学成分保持不变。为了便于描述，马氏体相变中，通常人们称高温母相为奥氏体，低温产物为马氏体。这样，由奥氏体向马氏体转变的过程称为马氏体相变，反之，称为马氏体逆相变。在众多马氏体相变材料中，最具代表性的是NiMn基哈斯勒型铁磁马氏体材料，其物性丰富，表现为磁场诱发应变，磁场驱动形状记忆效应，大磁电阻，大磁熵变，交换偏置等等。与哈斯勒型合金的马氏体相变类似，MnCoGe合金也呈现无扩散的马氏体相变特性。当合金从高温冷却的过程中，晶格结构从高温的六角结构奥氏体母相转变成低温的正交结构的马氏体低温相。对于正分的样品，马氏体结构相变温度为650Κ，该温度随着组分的不同而变化。高温六角奥氏体相和低温正交马氏体相都具有铁磁特性，其分子饱和磁矩和居里温度分别是，2.76μΒ和275Κ，4.13μΒ和345Κ，二者的磁相变均呈现二级相变的特性。正分MnCoGe化合物的马氏体结构相变温度(650Κ)远高于室温，我们研究表明:当用原子半径大的Al原子替代Ge原子时，马氏体相变温度向低温移动，并与磁相变耦合，从而出现大磁熵变。通过调节Al含量调节相变温度可在室温附近宽温区(尤其是高温段温区320K~360Κ)获得大磁热效应。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于提供一种具有大熵变的MnCoGe基MnCoGei_xAlx铁磁马氏体相变材料。本专利技术的另一个目的在于提供制备上述马氏体相变材料的方法。本专利技术的再一个目的在于提供包括MnCoGe基MnCoGei_xAlx铁磁马氏体相变材料的磁性制冷机。本专利技术的又一个目的在于提供MnCoGe基MnCoGehAlx铁磁马氏体相变材料在制造制冷材料中的应用。针对上述目的，本专利技术提供如下的技术方案:一方面，本专利技术提供一种具有大熵变的MnCoGe基铁磁马氏体相变材料，其化学通式为:MnCoGei_xAlx，其中，O < χ ≤0.04。所述材料随着温度的降低发生Ni2In型六角结构的奥氏体相至TiNiSi型正交结构的马氏体相的转变。也就是说，在高于相转变温度时，该材料具有Ni2In型六角结构的高温奥氏母相，随着温度的降低，转变为TiNiSi型正交结构的低温马氏体相。发生该相转变的温区位于30Κ至小于650Κ，优选为30-370Κ。具体的相转变温区随Al含量改变而改变，并随着Al含量的增加而降低。通过控制Al的含量，可以精确的控制结构相变温区。因此，为了得到相转变温区在室温附近的材料，优选地，上述化学通式中χ的取值范围为:0.01 ≤ X ≤ 0.04。另一方面，本专利技术还提供了一种制备本专利技术的MnCoGe基铁磁马氏体相变材料的方法，该方法包括:i)将单质金属Mn、Co、Ge和Al原料按化学式MnCoGehAlx称取样品，混合；ii)将步骤i)配制好的原料放入电弧炉中，熔炼获得合金锭；iii)将步骤ii)获得的合金锭在800°C、00°C温度下退火获得样品。优选地，所述单质金属Mn、Co、Ge和Al原料的纯度均≥99.9wt%。进一步地，所述步骤ii)可以包括:将步骤i)中配制好的原料放入电弧炉中，抽真空至真空度小于IX 10_2帕，用纯度大于99wt%的高纯氩气清洗炉腔I或2次，之后炉腔内充入该氩气约I个大气压，电弧起弧，熔炼后，获得合金锭，每个合金锭在150(T25(KrC下反复熔炼3~5次。进一步地，所述步骤iii)可以包括:将步骤ii)熔炼好的合金锭在80(T90(TC、真空度小于lX10_3Pa的条件下退火2~10天，然后在真空中自然冷却至室温，制得MnCoGe1^xAlx 磁性材料。再一方面，本专利技术提供了一种磁性制冷机，所述磁性制冷机包括本专利技术提供的磁性材料。又一方面，本专利技术还提供了本专利技术的磁性材料在制造制冷材料中的应用。与现有材料与技术相比，本专利技术的优点在于:i )本专利技术通过在MnCoGe铁磁马氏体相变材料中引入大半径的金属Al原子来替代Ge原子，使得马氏体结构相变温度调节到室温附近，并使磁相变和结构相变耦合，从而带来了大的熵变。ii )本专利技术提供的制备具有大熵变的MnCoGe基MnCoGei_xAlx铁磁马氏体相变材料的方法，能够准确调节马氏体结构相变温度。另外，不含稀土元素，具有制备步骤和工艺简单，适用于工业化生产等优点。iii)室温附近高温段温区大磁熵变，在320k360Κ温区，表现出比传统磁制冷材料和其它新型磁制冷材料(传统材料如Gd、新型材料如Gd5Si2Ge2基巨磁热材料)高的熵变值。【专利附图】【附图说明】以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中:图1 为实施例1 制备的 MnCoGei_xAlx (χ=0.01，0.02，0.03 和 0.04)的室温 X 射线衍射谱线，其中，横坐标为衍射角，纵坐标为衍射强度。图2 为实施例1 制备的 MnCoGehAlx (χ=0.01，0.02，0.03 和 0.04)合金在 5000e磁场下的磁化强度-温度(M-T)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有大熵变的MnCoGe基铁磁马氏体相变材料，其化学通式为：MnCoGe1?xAlx，其中，0＜x≤0.04。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：包立夫，胡凤霞，陈岭，王晶，武荣荣，孙继荣，沈保根，宫华扬，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，湖北全阳磁性材料制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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