[發明專利]具有磁熱效應的稀土高熵塊體非晶合金及其制備工藝

有效

• 申請號: 201710310429.4
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107058911B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 呂昭平;楊銘;劉雄軍;吳淵;王輝;杜清
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C45/00
• 分類號: C22C45/00;C09K5/14
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明涉及一種具有磁熱效應的稀土高熵塊體非晶合金及其制備工藝，該稀土高熵塊體非晶合金包含體積分數不低于95%的非晶相，并且各種元素為等原子比或近等原子比，該種合金成分主要包括La、Ce、Nd、Tb、Gd、Dy，還有過渡族元素Cu、Co，以及第Ⅲ主族元素Al，其成分可用如下公式表達：(La_1/6Ce_1/6Nd_1/6M_1/6Co_1/6Cu_1/6)_yAl_x。或(La_1/6Ce_1/6Dy_1/6Q_1/6Co_1/6Cu_1/6)_bAl_a。由于采用上述技術方案，本發明稀土塊體高熵非晶合金。相比于其他組元基非晶高熵非晶具有良好的熱穩定性及優良的磁熱性能，在磁制冷功能材料及結構材料方面具有應用前景。

技術領域

本發明屬于高熵塊體非晶合金或高熵金屬玻璃領域，具體地說是涉及一種La-Ce-(Nd, Tb, Gd, Dy)-Cu-Co-Al的稀土高熵塊體非晶合金的及其制備工藝。

背景技術

高熵合金（HEAs）是最近十幾年新發展起來的被定義為是由五種或五種以上組元以等原子比或近等原子比構成的一種新材料。由于其多種主組元的成分，復雜的結構，可調整的性能等特點而使其無論是在基礎科學還是工程應用研究方面都吸引了眾多的研究者。甚至有些研究者認為通過改善高熵合金的某些性能也許會使其替換許多前沿應用中的傳統材料。

近幾年，高熵塊體非晶合金又逐漸引起了研究者的興趣。高熵塊體非晶合金的成分設計打破了原有的只具有一種或兩種主組元的非晶合金設計理念。高熵塊體非晶合金屬于將高熵合金和傳統的非晶合金綜合起來，它具有高熵合金的包含多種主組元且各組元以等原子比或近等原子比的特性，同時也存在著傳統非晶合金的長程無序，短程有序的拓撲結構的特點。與正常的高熵合金和傳統的非晶合金相比，高熵塊體非晶合金顯示出了許多獨特的并且可進行改善的優異的性能。已有研究表明高熵塊體非晶合金具有比傳統的非晶合金熱化學穩定性，優良的耐腐蝕性能，并且有更高的斷裂強度等性能特點。

但是高熵非晶在功能材料方面例如磁學性能方面的研究還很少，比如以磁熱效應為基礎的磁滯冷技術以及非晶在軟磁方面的應用還有待研究。磁熱效應是材料的內稟性能，鐵磁體在居里溫度(T_c)附近未成對的自旋在磁場作用下趨于與磁場平行，導致磁熵減小，體系絕熱溫度上升，而在退磁過程中，自旋有序度下降，磁熵增加，體系絕熱溫度下降。該技術己經在低溫、超低溫領域獲得廣泛應用。與晶體磁滯冷材料相比較而言，非晶結構的磁滯冷材料一般都具有二級磁轉變，同時又因為非晶合金獨特的無序結構是的非晶磁滯冷材料的磁轉變具有一個比較寬的溫區，這使得非晶合金磁滯冷材料在制冷效率上就具備獨特的優勢，所以非晶磁滯冷材料被很多研究者認為是具有很好的應用前景的磁滯冷材料。然而，稀土元素La基合金是首先發現的具有很好非晶形成能力的合金體系之一，其發現拉開了RE-TM基大塊金屬玻璃研究的序幕。此后，許多RE-TM大塊金屬玻璃形成合金體系被發現，如Nd (Pr)基、Ce基、Ho基、Gd基合金體系。重稀土元素具有很大的磁矩，所以重稀土及其合金都具有很大的磁熱效應。由于材料的磁性對材料的結構很敏感，多晶材料的晶界的存在會妨礙磁疇壁在外磁場作用下的運動，所以會降低磁性能。非晶化可以消除對應的晶體材料的晶界，所以一定程度上會提高材料的磁性和磁熵變。所以，后來發現的RE-TM基大塊金屬玻璃不但提高了磁性能，而且可以在較寬的成分范圍內獲得非晶，從而可以獲得成分和性能連續變化的合金，方便根據需要來選擇合金成分。從而也使稀土塊體非晶成為研究中的熱點。

綜上，相比于晶體合金，稀土非晶合金具有更加優異的磁性能，將非晶合金長程拓撲無序結構的特性與高的構型熵相結合，在磁性能特別是磁熱效應方面相信其會出現更加獨特的不可預期的結果，也可為后續高熵非晶在磁性能方面的研究提供數據依據。

發明內容