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進行制冷的新型制冷技術，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)點而備受關注。在眾多磁相變合金材料中，Mn基合金具有巨磁熱效應，且成本低廉、制備工藝簡單，是室溫磁制冷的最佳候選材料之一。根據(jù)磁性分類，亞鐵磁也屬于強磁態(tài)，但是目前人們對Mn基材料的一級磁相變研究大多還集中在鐵磁相變合金，對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)過多次熱/磁循環(huán)后極易碎成粉末，而

2、條帶相對穩(wěn)定，并且只需要很短時間退火處理即可成相，同時磁性能也很優(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。實驗表明，該兩類合金在室溫附近均以四角Cu2Sb類型結構為主相，同時存在少量的Mn

3、Sb第二相。3d金屬原子Co和Cr對Mn的取代使得Mn2Sb基合金在低溫下出現(xiàn)了反鐵磁態(tài)，并在溫度或磁場的誘導下發(fā)生了反鐵磁到亞鐵磁的一級磁相變，隨著取代量的增加，其相變溫度Tt逐漸升高。在0-10 kOe磁場變化下，測得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合金有兩個自旋重取向相變，由于在自旋重取向相變過程沒有熱滯出現(xiàn)，因此屬于二級性質(zhì)。另外，In對Sb的取代對Mn2-xCrxSb0.95In0.05合金的磁性幾乎沒有影響，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共線的鐵磁體，具有正交TiNiSi類型結構，居里溫度TC~345 K，在Tt~650 K會發(fā)生一個從低溫正交TiNiSi相到高溫六角的Ni2In相的結構相變。過渡金屬Cr的取代，有效地降低了MnCoGe合金的結構相變溫度，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相的一級磁結構相變，伴隨劇烈的磁化強度突變。當x增大到0.03時，磁結構相變解耦，其相變?yōu)槎壭再|(zhì)。在相變附近，變化磁場為0-20 kOe下，Mn0.98Cr0.02CoGe退火合金條帶的最大磁熵變值高達9.7 Jkg-1K-1，值得一提的是該材料在低場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。在一級磁相變合金中同時獲得大的室溫磁熵變和小的磁滯損耗對磁滯冷的實際應用有著很重要的