[發(fā)明專利]鐵磁形狀記憶合金巨磁熱和磁電阻效應(yīng)材料及應(yīng)用

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010505099.2
• 申請(qǐng)日: 2010-10-13
• 公開（公告）號(hào): CN101974707A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王敦輝;韓志達(dá);張成亮;軒海成;都有為
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C19/03
• 分類號(hào): C22C19/03;H01F1/047
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 陳建和

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料物理的范疇，具體涉及到一類具有廣泛應(yīng)用前景的磁性合金材料：Ni-Mn-X(X＝In，Sn，Sb)鐵磁形狀記憶合金。提出了多種方法調(diào)節(jié)該類合金中的馬氏體相變溫度至指定的工作溫區(qū)，并且獲得了優(yōu)異的磁熱和磁電阻效應(yīng)。

背景技術(shù)

鐵磁形狀記憶合金是最近十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類新型形狀記憶材料，是同時(shí)具有鐵磁性和熱彈性馬氏體相變特征的金屬間化合物。這類合金中的馬氏體相變能被溫度和磁場(chǎng)兩種因素驅(qū)動(dòng)，因此它們不但具有傳統(tǒng)形狀記憶合金受溫度場(chǎng)控制的熱彈性形狀記憶效應(yīng)，而且具有受磁場(chǎng)控制的鐵磁性形狀記憶效應(yīng)、磁致應(yīng)變效應(yīng)，磁電阻效應(yīng)和磁熱效應(yīng)等，具有廣闊的應(yīng)用前景。

Ni-Mn-X(X＝In，Sn，Sb)合金是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一類新型的鐵磁形狀記憶合金。在該類合金中，存在兩種結(jié)構(gòu)相，即高溫下的奧氏體相和低溫下的馬氏體相，這兩種結(jié)構(gòu)相之間的轉(zhuǎn)變是劇烈的一級(jí)相變，并且伴隨著樣品結(jié)構(gòu)和電阻率的突變。這兩種結(jié)構(gòu)中，一股又具有兩種磁性狀態(tài)，它們之間的轉(zhuǎn)變是二級(jí)相變。即馬氏體相中的鐵磁態(tài)(或反鐵磁態(tài))到順磁的轉(zhuǎn)變，和奧氏體相中的鐵磁態(tài)到順磁態(tài)的轉(zhuǎn)變。在實(shí)際應(yīng)用中，為了獲得較大的磁致應(yīng)變、磁電阻和磁熱效應(yīng)，要求馬氏體相變能夠被外磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，這就需要相變前后的馬氏體和奧氏體有著巨大的磁化強(qiáng)度的差異。為達(dá)到這一目的，人們希望能夠通過(guò)某些手段調(diào)節(jié)馬氏體相變溫度，使該相變發(fā)生在弱磁態(tài)的馬氏體和鐵磁態(tài)的奧氏體之間。之前的研究表明：Ni-Mn-X(X＝In，Sn，Sb)合金的馬氏體相變溫度對(duì)成分和制備工藝相當(dāng)敏感。這種現(xiàn)象，一方面對(duì)控制其性能造成一定的難度，另一方面又對(duì)調(diào)整合金的性能提供了方便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是：提出一種鐵磁形狀記憶合金馬氏體相變材料，可基于溫度的調(diào)節(jié)，具有巨磁熱和磁電阻效應(yīng)的材料及其應(yīng)用；本發(fā)明的目的還在于分別采用了調(diào)節(jié)元素比例，元素?fù)诫s，間隙原子的滲入，熱處理調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力等手段，在Ni-Mn-X(X＝In，Sn，Sb)合金體系中，可成功地調(diào)節(jié)了馬氏體相變溫度，獲得了巨磁熱和磁電阻效應(yīng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：鐵磁形狀記憶合金巨磁熱和磁電阻效應(yīng)材料，其通式為Ni-Mn-X?(X＝In，Sn，Sb)合金。一股Ni、Mn、X原子比為40-60∶40-60∶5-20。

在材料的晶格的間隙位置滲入小半徑原子H，N，C，B，小半徑原子的原子比與Ni原子比為，小于8∶40-60。

在Ni-Mn-X(X＝In，Sn，Sb)鐵磁形狀記憶合金材料中，通過(guò)調(diào)節(jié)元素比例，元素?fù)诫s以及間隙原子的滲入幾種手段調(diào)節(jié)馬氏體相變溫度，使馬氏體相變或逆馬氏體相變發(fā)生在弱磁態(tài)、包括反鐵磁，順磁及弱鐵磁的馬氏體相和鐵磁態(tài)的奧氏體相之間，獲得磁化強(qiáng)度的大幅跳躍，從而得到大的磁熱和磁電阻效應(yīng)。

根據(jù)馬氏體相變溫度隨晶格常數(shù)變化敏感的原理，將原有元素用適量的同主族元素替代，或者在晶格的間隙位置滲入小半徑H，N，C，或B原子，在不改變價(jià)電子濃度的前提下，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)馬氏體相變溫度，使其達(dá)到指定的工作溫區(qū)。

Ni-Mn-X(X＝In，Sn，Sb)鐵磁形狀記憶合金實(shí)現(xiàn)大磁熵變和磁電阻的方法。通過(guò)調(diào)節(jié)Ni-Mn-X合金中，Ni-Mn元素的比例來(lái)調(diào)節(jié)馬氏體相變溫度，使其達(dá)到指定的工作溫區(qū)。采用熔體快淬(又可稱為甩帶)加后期熱處理的制備流程，調(diào)節(jié)馬氏體相變溫度，使其達(dá)到指定的工作溫區(qū)。

本發(fā)明的有益效果是：在此之前，對(duì)Ni-Mn-Sn合金的研究主要集中在正分的Ni₅₀Mn_50-xSn_x，如Ni₅₀Mn₃₉Sn₁₁合金，它的馬氏體相變發(fā)生在兩種順磁態(tài)的結(jié)構(gòu)相之間，磁化強(qiáng)度很小，因此無(wú)法用磁場(chǎng)控制。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)Ni，Mn元素的比例，研究了非正分的Ni_50-xMn_39+xSn₁₁(x＝0，4，5，6，7)合金的磁相變，發(fā)現(xiàn)隨著Ni-Mn比例的降低，價(jià)電子濃度也隨之減小，同時(shí)馬氏體相變溫度大幅降低，并且得到了峰值溫度可以在200K到270K內(nèi)調(diào)節(jié)的巨大的低場(chǎng)磁熵變。由于該合金價(jià)格低廉，因此成為這個(gè)溫區(qū)之內(nèi)的較為理想的磁制冷工質(zhì)。此外，我們通過(guò)調(diào)節(jié)Ni和Mn的成分，在Ni-Mn-In合金中也得到了大的磁熱效應(yīng)。