[发明专利]一种低磁场驱动取向Mn-Ni-Sn磁制冷合金材料及其薄带制备方法

说明书

一种低磁场驱动取向Mn‑Ni‑Sn磁制冷合金材料及其薄带制备方法，属于磁制冷合金材料及其薄带的制备工艺技术领域，解决了磁制冷机需要较大的外加磁场才能使磁制冷材料磁滞损耗降低的技术问题，使得制备的磁制冷合金材料在普通稀土永磁范围8‑12kOe内大规模广泛使用，使材料本身在室温附近获得较大的制冷能力，有效降低磁滞损耗影响。解决方案为：所述Mn‑Ni‑Sn磁制冷合金材料的化学分子式为：Mn_xNi_ySn_z，式中，x、y、z为元素的摩尔比，43.0≤x≤47.0,41.0≤y≤45.0,10.0≤z≤13.0，x+y+z＝100。本发明通过原料配比、制备多晶铸锭、熔体快淬法制备Mn‑Ni‑Sn磁制冷合金薄带坯料、制备Mn‑Ni‑Sn磁制冷合金薄带，最终制得Mn‑Ni‑Sn磁制冷合金薄带样品。

技术领域

本发明属于磁制冷合金材料及其薄带的制备工艺技术领域，特别涉及一种低磁场驱动取向Mn-Ni-Sn磁制冷合金材料及其薄带制备方法。

背景技术

物质的基本属性有很多，而磁性是其最重要的性质之一，大到宏观的浩淼宇宙小到微观组成物质的基本粒子，都在某种程度上可以说具有磁性。现代社会人类生活越来越离不开制冷技术，小到人们的日常生活，大到工农业生产，国防科技都离不开制冷技术。传统压缩制冷氟利昂制冷工质对生态环境尤其是对大气臭氧层造成的破坏日趋严重，威胁到人类自身的生存与安全，加之气体压缩制冷效率低，能耗大，使传统压缩制冷技术面临困境。磁制冷技术是一种新型绿色制冷技术，相比于传统的气体压缩制冷，首先，它是以固体磁性材料为工质，借助磁性材料的磁卡效应实现制冷，不使用氟利昂从而避免了由氟利昂造成的环境污染，而且其不使用压缩机噪音也大幅度的下降。其次，高效节能，磁制冷的效率能达到卡诺循环效率的60～70％，然而气体压缩制冷一般只有5～10％，可见节能效果非常明显。而且其寿命长、可靠性高、便于维修。

在磁制冷技术的发展过程中，人们先后发现了一系列磁制冷工质。Gd-Si-Ge、Mn-Fe-P-As、La-Fe-Si以及Ni-Mn基Heusler合金。在这些合金中，不含稀土元素并且低成本的Ni-Mn基Heusler合金得到了广泛的研究。研究人员在其马氏体相变附近发现了大的磁性转变，通过研究发现产生这种大的磁性转变的原因是这些合金的晶体结构和磁性耦合。另外，马氏体相变温度可以通过调整合金组分，制备条件以及额外参数等来控制。通过调节马氏体相变温度可以改善合金的磁性能。磁制冷材料需要同时具有大的磁熵变和大的制冷能力。通过溶体快淬技术制造的合金薄带比较容易获得大的磁熵变，而且，与退火热处理方法不同的是，它可以得到结构复杂的多晶条带。最近，研究人员对Ni-Mn基Heusler合金条带的磁热效应进行了研究，将磁场分别沿着合金薄带面延伸方向和垂直于薄带面方向对Mn₅₀Ni₄₀In₁₀(30kOe)和Ni₄₆Co₄Mn₃₈Sb₁₂(50kOe)合金的磁热效应进行了系统的研究。研究表明，在高磁场下合金的磁热性能并不依赖于磁场的取向。然而这一结论是否适用于Mn-Ni-Sn合金还不清楚，尤其是低磁场对合金磁热性能的影响还没有得到系统的研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中，磁制冷机需要较大的外加磁场，已经超过目前传统NdFeB永磁材料所能提供的磁场强度，传统磁制冷合金磁热性能发挥需要20kOe以上的磁场强度，大大制约了该类材料的实际应用，本发明提供一种可以在普通稀土永磁范围内(8-12kOe)大规模广泛使用，且价格便宜的低磁场驱动取向Mn-Ni-Sn磁制冷合金材料及其薄带的制备方法。

本发明通过以下技术方案予以实现。