Mn2Sb和MnCoGe基合金磁相變調(diào)控及磁熱性質(zhì)研究.pdf

1、磁制冷是一種利用材料的磁熱效應(yīng)進(jìn)行制冷的新型制冷技術(shù)，相比于傳統(tǒng)氣體壓縮制冷，因其綠色環(huán)保、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。在眾多磁相變合金材料中，Mn基合金具有巨磁熱效應(yīng)，且成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單，是室溫磁制冷的最佳候選材料之一。根據(jù)磁性分類，亞鐵磁也屬于強(qiáng)磁態(tài)，但是目前人們對(duì)Mn基材料的一級(jí)磁相變研究大多還集中在鐵磁相變合金，對(duì)亞鐵磁相變合金的研究甚少。另外，作為鐵磁相變合金，塊體的 MnCoGe基合金經(jīng)過(guò)多次熱/磁循環(huán)后極易碎成粉末，而

2、條帶相對(duì)穩(wěn)定，并且只需要很短時(shí)間退火處理即可成相，同時(shí)磁性能也很優(yōu)異。因此本文主要研究了Mn2Sb基亞鐵磁相變合金和MnCoGe基鐵磁相變合金條帶的制備、磁相變調(diào)控及磁熱性質(zhì)。
　　本文采用高真空電弧熔煉的方法成功制得Mn2-xCoxSb(x=0.15,0.20)和Mn2-xCrxSb0.95In0.05(x=0.05,0.09,0.13)合金鑄錠。實(shí)驗(yàn)表明，該兩類合金在室溫附近均以四角Cu2Sb類型結(jié)構(gòu)為主相，同時(shí)存在少量的Mn

3、Sb第二相。3d金屬原子Co和Cr對(duì)Mn的取代使得Mn2Sb基合金在低溫下出現(xiàn)了反鐵磁態(tài)，并在溫度或磁場(chǎng)的誘導(dǎo)下發(fā)生了反鐵磁到亞鐵磁的一級(jí)磁相變，隨著取代量的增加，其相變溫度Tt逐漸升高。在0-10 kOe磁場(chǎng)變化下，測(cè)得Mn2-xCoxSb(x=0.15,0.20)合金最大磁熵變分別為3.4，1.8 Jkg-1K-1，Mn2-xCrxSb0.95In0.05(x=0.05,0.09,0.13)合金最大磁熵變分別為0.95，1.63，1

4、.29 Jkg-1K-1。在溫度誘導(dǎo)下。Mn2-xCoxSb和Mn2-xCrxSb0.95In0.05合金在亞鐵磁區(qū)域都發(fā)生了自旋重取向相變，其中Mn2-xCrxSb0.95In0.05合金有兩個(gè)自旋重取向相變，由于在自旋重取向相變過(guò)程沒(méi)有熱滯出現(xiàn)，因此屬于二級(jí)性質(zhì)。另外，In對(duì)Sb的取代對(duì)Mn2-xCrxSb0.95In0.05合金的磁性幾乎沒(méi)有影響，但少量In的摻雜（0≤y≤0.05），可抑制部分MnSb第二相的生成。
　　另

5、外，通過(guò)熔體快淬的方法成功制備出了Mn1-xCrxCoGe(x=0.01,0.015,0.02,0.03)合金條帶。正分的 MnCoGe合金在室溫下是一個(gè)共線的鐵磁體，具有正交TiNiSi類型結(jié)構(gòu)，居里溫度TC~345 K，在Tt~650 K會(huì)發(fā)生一個(gè)從低溫正交TiNiSi相到高溫六角的Ni2In相的結(jié)構(gòu)相變。過(guò)渡金屬Cr的取代，有效地降低了MnCoGe合金的結(jié)構(gòu)相變溫度，在x=0.02的退火條帶中，在~321 K的溫度下，發(fā)生了鐵磁T

6、iNiSi相到順磁Ni2In相的一級(jí)磁結(jié)構(gòu)相變，伴隨劇烈的磁化強(qiáng)度突變。當(dāng)x增大到0.03時(shí)，磁結(jié)構(gòu)相變解耦，其相變?yōu)槎?jí)性質(zhì)。在相變附近，變化磁場(chǎng)為0-20 kOe下，Mn0.98Cr0.02CoGe退火合金條帶的最大磁熵變值高達(dá)9.7 Jkg-1K-1，值得一提的是該材料在低場(chǎng)下的磁滯損耗非常小，平均磁滯損耗僅占制冷能力RC的0.7％，完全可以忽略。在一級(jí)磁相變合金中同時(shí)獲得大的室溫磁熵變和小的磁滯損耗對(duì)磁滯冷的實(shí)際應(yīng)用有著很重要的