[发明专利]在MnCoGe基合金中实现磁结构耦合相变的方法

说明书

本发明公开了一种通过调节元素比例调控获得MnCoGe基合金磁结构耦合相变的方法，具体通过利用不同元素间电负性的差异，调节过渡元素和主族元素之间的比例，设计合金成分，改变Mn‑Mn间距和Mn原子局域磁矩，从而获得温度和磁场诱导的剧烈的磁结构耦合相变。本发明中提供的MnCoGe基合金具有剧烈的磁结构耦合相变，磁性能优异，合金制备方法简单方便、能源消耗少，制备成本低，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于MnCoGe基合金材料的制备方法，尤其涉及具体通过利用不同元素间电负性的差异，调节过渡元素和主族元素的比例，设计合金成分，Mn-Mn间距和局域在Mn原子磁矩，从而获得剧烈的磁结构耦合相变。

背景技术

随着可持续性发展意识地增强，磁制冷技术由于其节能高效、绿色环保的特点受到了广泛关注，被认为是最有可能取代气体压缩制冷的新型制冷技术。磁制冷技术主要依赖于磁制冷工质在加磁场和撤磁场过程中的吸放热能力。磁制冷作为一项高新绿色制冷技术，与传统气体压缩制冷技术相比具有无环境污染，高效节能，易于小型化，稳定可靠等竞争优势。

除了Heusler合金，六角MM’X合金逐渐成为室温磁致冷应用中最具有潜力的磁性金属间化合物。L.Castelliz在1953年首次发现了MM’X(M、M’＝过渡族金属元素，X＝主族元素)。MM’X合金的磁结构丰富，并且一些成分可以在降温的时候发生马氏体相变，由高温母相Ni₂In型六角结构经过晶格畸变生成TiNiSi型的正交结构，同时伴随着体积的巨大负膨胀。

MnCoGe合金属于MM'X族的成员。先前对MnCoGe基合金的研究表明，该族合金可以在结构和磁性之间形成强大的相互作用，因此在室温附近有巨大的磁热效应。在化学计量比MnCoGe合金中，磁转变与马氏体相变分离，导致磁化强度变化(M)不大。它在室温下是正交TiNiSi型结构，在T_c～345K时表现出从铁磁性(FM)到顺磁性(PM)的二级磁转变。并且在室温以上(结构相变温度T_M～650K)发生无扩散逆马氏体结构转变)在PM状态下(Ni₂In型六角结构居里温度)从正交相到高温六角Ni₂In型相。目前在调节结构相变温度T_M到和之间的有一系列方法，如改变施加外压力，元素替代，元素缺位、间隙位原子掺杂等。以这些方式，可以使磁性相变和晶体转变发生耦合。MnCoGe合金对成分改变造成的化学压力非常敏感，人们大多采用通过其他元素替代过渡元素Mn和Co或主族元素Ge，比如V，Cr，Fe，Cu，Sn，Ga，Al等的掺杂，来调控获得磁结构耦合相变。虽然MnCoGe基合金的磁结构耦合相变很剧烈，但同时也存在工作温区窄，Ge元素成本较高等弱点，成为制约其发展的主要障碍。因此为了节约成本，并充分利用Co-Ge杂化，以及Ge的电负性较高等特点，调节主族元素Ge的含量成为调控MnCoGe基铁磁形状记忆合金磁热效应的重要目标，为工业化生产有一定的指导作用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种通过调节元素比例来调控获得MnCoGe基合金磁结构耦合相变的方法，它具有节约成本、高效环保和制备简单的优点。

本发明提供的在MnCoGe基合金中实现磁结构耦合相变的方法，具体是，利用不同元素间电负性的差异，通过调节Mn/Ge或Co/Ge的比例，设计MnCoGe合金成分，改变Mn-Mn间距和Mn原子局域磁矩，从而获得温度和磁场诱导的剧烈的磁结构耦合相变。

优选地，通过上述方法获得的磁场诱导的变磁性马氏体相变的合金化学通式为Mn_1-xCoGe_1+x、Mn_1+xCoGe_1-x、MnCo_1-xGe_1+x和MnCo_1-xGe_1+x，且该通式中Mn或Co金属的部分含量还可以被其他金属元素取代。