[发明专利]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

说明书

本发明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Mn₅₀Ni_50‑a‑bCo_bTi_a，其中，9≤a≤12，8≤b≤10。本发明的柔性MnNiTi基磁相变合金材料通过将Co元素掺杂到MnNiTi基Heusler合金体系中，得到的合金能够在室温条件下表现出较大的磁熵变效应；调控方法基于弯曲和旋转，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。

技术领域

本发明涉及磁相变合金材料技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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Ni₅₀Mn_50-xTi_x和Mn₅₀Ni_50-xTi_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。

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。

发明内容

本发明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。

本发明还提供了一种柔性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。

本发明还提供了一种柔性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。