一种Mn-Ni-Sn-Co合金薄带及其制备方法技术

一种Mn‑Ni‑Sn‑Co合金薄带及其制备方法，属于新材料技术领域。Mn‑Ni‑Sn‑Co合金薄带中元素的摩尔数之和为100，元素的摩尔比为Mn：Ni：Sn：Co＝(49.5～50.5)：(33.5～38.5)：(7.5～8.5)：(3.5～8.5)；制备方法为：(1)真空电弧熔炼多次反复熔炼；(2)甩带法制备厚度为90～120μm合金薄带。本发明专利技术合金薄带在升温过程，呈现出磁性转变与结构转变的协同发生，具有磁场诱发马氏体逆相变的特征。本发明专利技术合金薄带通过Co添加，提高了铁磁奥氏体的饱和磁化强度，扩大了奥氏体与马氏体之间的磁性差别，显著提高多晶合金薄带的磁热性能，在1T磁场下，磁熵变化为2.4～7.6Jkg

A Mn Ni Sn Co alloy strip and preparation method thereof

A Mn Ni Sn Co alloy strip and preparation method thereof, belonging to the technical field of new materials. Mn Ni Sn Co alloy thin strip elements in the molar and 100 elements, the molar ratio of Mn:Ni:Sn:Co = (49.5 ~ 50.5): (33.5 ~ 38.5): (7.5 ~ 8.5): (3.5 ~ 8.5); the preparation method is as follows: (1) vacuum arc melting and melting repeatedly (2) preparation; rejection thickness is 90 ~ 120 m alloy thin strip method. In the heating process of the alloy thin strip, the magnetic transformation and the structural change occur in a synergistic manner. By adding the invention Co alloy thin strip, improve the ferromagnetic austenite saturation magnetization, expanding the magnetic difference between austenite and martensite, magnetic heat can significantly improve the performance of polycrystalline alloy thin strip, the 1T magnetic field, the magnetic entropy change is 2.4 ~ 7.6Jkg 1K 1, in 1.5T magnetic field and the magnetic entropy change is 3.5 ~ 11.0Jkg 1K 1.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新材料
，特别涉及一种Mn-Ni-Sn-Co合金薄带及其制备方法。
技术介绍
Mn-Ni-Sn合金是近年来研究发现的一类具备热弹性马氏体相变特征的新型功能材料。这类材料在相变过程中呈现出强烈的磁-结构耦合特征，即马氏体的相变过程中伴随着巨大的磁性变化，可由铁磁性奥氏体转变为弱磁性的马氏体。由于磁场能够稳定具有较高磁化强度的结构相，在外磁场作用下可发生由低磁化强度的马氏体相向高磁化强度的奥氏体相的转变，即磁场诱发逆马氏体相变。另一方面，由于奥氏体与马氏体之间存在大的磁性差别，施加磁场也会引起磁熵(ΔSM)的显著变化，即产生磁热效应。因此，Mn-Ni-Sn合金在磁制冷领域具有广阔的应用前景。由于这一类合金的马氏体相变发生在铁磁态的奥氏体相与非铁磁态的马氏体相之间，作为磁制冷材料在工作方式上传统的磁热材料正好相反，故通常称作反磁热效应。已有研究表明，获得磁场诱发逆马氏体相变效应以及大的磁热效应的前提条件是居里温度要高于马氏体相变温度，即需要一个稳定存在的铁磁性奥氏体的温度范围。由于三元Mn-Ni-Sn合金的居里温度在室温附近，这使得三元合金的磁控功能行为只能在低温下获得，极大地限制了该类材料应用的温度区间。近年来的研究发现，添加Co元素可以有效的提高居里温度以及奥氏体相的磁化强度，从而增大奥氏体相与马氏体相的磁化强度差别，显著提高磁熵变化。然而，由于块体合金脆性大，导致难以进行后续的加工处理，严重限制了实际应用。基于快速凝固的单辊甩带方法近年来广泛用于磁制冷材料的制备工作中。这种方法不仅能够细化晶粒、改善合金的脆性，而且能够制备出更适合实际应用的薄带材料(薄带材料的退磁影响最小)。因此，设计开发具有大磁熵变化的多晶合金薄带对于推动新型磁致冷材料走向实用具有重要意义。本专利技术采用甩带技术制备多晶快淬Mn-Ni-Sn-Co薄带，基于成分设计研制出具备磁场诱发逆马氏体相变效应的合金薄带，并在薄带中获得了显著的磁热效应。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种Mn-Ni-Sn-Co合金薄带及其制备方法。该合金薄带是一种具有磁场诱发逆马氏体相变效应的大磁熵变多晶Mn-Ni-Sn-Co合金薄带。本专利技术的Mn-Ni-Sn-Co合金薄带，合金薄带中元素的摩尔数之和为100，元素的摩尔比为Mn∶Ni∶Sn∶Co＝(49.5～50.5)∶(33.5～38.5)∶(7.5～8.5)∶(3.5～8.5)，Mn-Ni-Sn-Co合金薄带的厚度为90～120μm。所述的Mn-Ni-Sn-Co合金薄带，在1T磁场下，磁熵变化为2.4～7.6Jkg-1K-1；在1.5T磁场下，磁熵变化为3.5～11.0Jkg-1K-1。所述的Mn-Ni-Sn-Co合金薄带，在248K～373K范围内的升温过程中，呈现出磁性转变与结构转变的协同发生，即由弱磁性(顺磁或反铁磁)的马氏体向铁磁性的奥氏体转变，具有磁场诱发马氏体逆相变的特征。所述的Mn-Ni-Sn-Co合金薄带的制备方法，包括以下步骤：步骤1，多晶母态合金的制备：(1)按照Mn-Ni-Sn-Co合金薄带的成分，分别称取Mn、Ni、Sn和Co，置于熔炼炉中，熔炼制得多晶母态合金铸锭；(2)将多晶母态合金铸锭重复步骤1(1)的熔炼过程4～5次，制得成分均匀的多晶母态合金铸锭；步骤2，单辊甩带法制备合金薄带：(1)将成分均匀的多晶母态合金切取后，装入到喷管中，并将喷管固定在甩带机的感应线圈中；将甩带机腔体抽真空至3×10-3～5×10-3Pa后，充惰性气体至0.04～0.05MPa做保护气体；(2)启动感应线圈，将喷管中的成分均匀的多晶母态合金铸锭加热至完全融化；(3)向喷管中喷入0.04～0.08MPa的惰性气体，使熔融的多晶母态合金从喷管的喷嘴喷出，熔融态多晶母态合金被旋转的辊轮拖曳，制得合金薄带；其中，辊轮表面线速度为10～15m/s，喷嘴与辊面之间距离为0.3～0.6mm。所述的步骤1(1)中，各元素纯度为：Mn：99.9wt.％，Ni：99.97wt.％，Sn：99.99wt.％，Co：99.9wt.％。所述的步骤1(1)中，多晶母态合金铸锭熔炼过程为：按照Mn-Ni-Sn-Co合金薄带的成分，分别称取Mn、Ni、Sn和Co，置于真空电弧熔炼炉水冷铜坩埚中，将电弧熔炼炉腔体抽真空至3×10-3～5×10-3Pa后，通入惰性气体至0.04～0.05MPa，利用钨电极产生的电弧进行熔炼，并在熔炼过程中施加电磁搅拌以均匀成分，制得多晶母态合金铸锭。所述的步骤1(1)中，惰性气体为氩气。所述的步骤1(1)中，Mn、Ni、Sn和Co在水冷铜坩埚中的放置方法为：将Mn置于水冷铜坩埚的最底部，Mn以上放置Ni、Sn和Co，以降低熔炼过程中Mn的挥发。所述的步骤2(1)中，喷管为石英喷管。所述的步骤2(1)中，感应线圈为中频感应线圈。所述的步骤2(1)中，惰性气体为氩气。所述的步骤2(3)中，喷嘴的尺寸为(4～5)mm×0.5mm。所述的步骤2(3)中，惰性气体为氩气。所述的步骤2(3)中，辊轮为铜辊轮。本专利技术的Mn-Ni-Sn-Co合金薄带及其制备方法，与现有技术相比的有益效果为：(1)本专利技术的Mn-Ni-Sn-Co合金薄带克服了块体合金因脆性大难以加工成薄片的不足；(2)本专利技术的Mn-Ni-Sn-Co合金薄带的制备方法，不需要对块体合金进行长时间高温退火，即直接利用铸态合金作为母态合金进行甩带，显著降低了合金制备的成本；(3)本专利技术的Mn-Ni-Sn-Co合金薄带可在较大的温度范围内实现磁场诱发逆马氏体相变效应(248K-373K)，扩大了三元合金磁场诱发逆相变效应的温度范围。(4)本专利技术的Mn-Ni-Sn-Co合金薄带通过Co添加，提高了铁磁奥氏体的饱和磁化强度，扩大了奥氏体与马氏体之间的磁性差别，显著提高多晶合金薄带的磁热性能。附图说明：图1本专利技术实施例1制备的Mn50Ni37Sn8Co5合金薄带的热-磁(M-T)曲线和ΔSM随温度变化曲线，其中，(a)为0.01T与5T磁场下的热-磁(M-T)曲线；(b)为ΔSM随温度变化曲线；图2本专利技术实施例2制备的Mn50Ni36Sn8Co6合金薄带的热-磁(M-T)曲线和ΔSM随温度变化曲线，其中，(a)为0.01T与5T磁场下的热-磁(M-T)曲线；(b)为ΔSM随温度变化曲线；图3本专利技术实施例3制备的Mn50Ni35Sn8Co7合金薄带的热-磁(M-T)曲线和ΔSM随温度变化曲线，其中，(a)为0.01T与5T磁场下的热-磁(M-T)曲线；(b)为ΔSM随温度变化曲线；图4本专利技术实施例4制备的Mn50Ni38Sn8Co4合金薄带的热-磁(M-T)曲线和ΔSM随温度变化曲线，其中，(a)为0.01T与5T磁场下的热-磁(M-T)曲线；(b)为ΔSM随温度变化曲线；图5本专利技术实施例5制备的Mn50.5Ni33.5Sn7.5Co8.5合金薄带的0.01T与5T磁场下的热-磁(M-T)曲线；图6本专利技术实施例6制备的Mn49.5Ni38.5Sn8.5Co3.5合金薄带的0.01T与5T磁场下的热-磁(M-T)曲线。具体实施方式：以下实施例中，各元素纯度为Mn：99.9wt.％，Ni：99.97wt.％，Sn：99.99wt.％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Mn‑Ni‑Sn‑Co合金薄带，其特征在于，合金薄带中元素的摩尔数之和为100，元素的摩尔比为Mn：Ni：Sn：Co＝(49.5～50.5)：(33.5～38.5)：(7.5～8.5)：(3.5～8.5)，Mn‑Ni‑Sn‑Co合金薄带的厚度为90～120μm。

【技术特征摘要】
1.一种Mn-Ni-Sn-Co合金薄带，其特征在于，合金薄带中元素的摩尔数之和为100，元素的摩尔比为Mn：Ni：Sn：Co＝(49.5～50.5)：(33.5～38.5)：(7.5～8.5)：(3.5～8.5)，Mn-Ni-Sn-Co合金薄带的厚度为90～120μm。2.根据权利要求1所述的Mn-Ni-Sn-Co合金薄带，其特征在于，所述Mn-Ni-Sn-Co合金薄带在248K～373K范围内的升温过程中，呈现出磁性转变与结构转变的协同发生，具有磁场诱发马氏体逆相变的特征。3.根据权利要求1所述的Mn-Ni-Sn-Co合金薄带，其特征在于，所述的Mn-Ni-Sn-Co合金薄带在1T磁场下，磁熵变化为2.4～7.6Jkg-1K-1；在1.5T磁场下，磁熵变化为3.5～11.0Jkg-1K-1。4.权利要求1所述的Mn-Ni-Sn-Co合金薄带的制备方法，包括以下步骤：步骤1，多晶母态合金的制备：(1)按照Mn-Ni-Sn-Co合金薄带的成分，分别称取Mn、Ni、Sn和Co，置于熔炼炉中，熔炼制得多晶母态合金铸锭；(2)将多晶母态合金铸锭重复步骤1(1)的熔炼过程4～5次，制得成分均匀的多晶母态合金铸锭；步骤2，单辊甩带法制备合金薄带：(1)将成分均匀的多晶母态合金切取后，装入到喷管中，并将喷管固定在甩带机的感应线圈中；将甩带机腔体抽真空至3×10-3～5×10-3Pa后，充惰性气体至0.04～0.05MPa做保护气体；(2)启动感应线圈，将喷管中的成分均匀的多晶母态合金铸锭加热至完全融化；(3)向喷管中喷入0.04～0.08MPa...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗宾，姜怡雯，李振庄，杨波，赵骧，左良，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21