[发明专利]一种具有室温巨磁致伸缩效应的合金材料CoMnSi及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有室温巨磁致伸缩效应的合金材料CoMnSi_1-x(尤其是x＝0-0.02)及其制备方法

技术背景

磁致伸缩材料具有很高的应用价值，可以被用做传感器，感应器等高精密设备。最著名的磁致伸缩材料为Terfenol-D。(多晶Terfenol-D在室温的磁致伸缩约1800ppm。)但是，Terfenol-D包含昂贵的稀土元素，这增加了其生产成本且不具有可持续发展性。因此，研究的重点就放在了寻找其他廉价的、具有与Terfenol-D相似磁致伸缩效应的材料。目前的研究发现，磁场诱导的磁相变有可能伴随着可观的磁致伸缩效应。在NiMn基铁磁形状记忆合金(NiMnIn，NiMnSn，NiMnSb)中，NiMnIn合金磁场诱导的一级磁结构相变能够产生约0.25％的应变量。在具有磁弹性相变的材料中，如La(Fe_1-xSi_x) ₁₃以及Gd₅Si_4-xGe_x合金，磁场诱导弹性相变通常伴随较大且可恢复的应变。但这些磁场诱导的一级相变通常都伴随较大的磁滞和较高的临界场，有些材料仍然包含昂贵的稀土元素，这些都影响了它们的应用前景。最近的研究发现，CoMnSi合金具有磁场诱导的变磁性行为，且该变磁性相变伴随巨大的晶格畸变，表现为一种磁弹效应。但是，计算表明相变前后的体积变化非常小。这意味着多晶CoMnSi不会具有很好的磁致伸缩效应，除非该多晶具有较好的织构取向。另外，CoMnSi合金在约950度时发生Ni₂In相到TiNiSi相的结构相变，该相变伴随巨大的体积变化，从而导致合金内部充满裂纹。弹性能在传递的过程中会损失在裂纹上，导致磁致伸缩的减小，且充满裂纹的金属易碎，不利于实际的加工应用。因此如何制备质地致密且具有织构取向的CoMnSi合金是提高其作为磁致伸缩材料应用的重大难点。

发明内容

本发明的目的是，提供一种具有室温巨磁致伸缩效应的合金材料CoMnSi_1-x(x＝0-0.02)及其制备方法。

本发明的技术方案：一种具有室温磁致伸缩效应的合金材料CoMnSi_1-x(x＝0-0.02)；其制备方法为：

1)根据合金分子式,精确配比相应元素.并熔炼成合金锭。

2)将合金锭制成小块体，并将小块体真空密封在石英管中。

3)将封好的石英管密封在更大口径的石英管中，形成双层管。

4)将上述的双层管烧至1250℃，随后在5.5-6.5T外场下冷却至850℃，然后撤去磁场自然降温。

5)步骤(4)获得的合金还要经过一次退火处理。处理条件为850℃恒温退火60个小时，随后经历72个小时冷却至室温。

制备的该合金特征在于其由钴(Co)，锰(Mn)，硅(Si)三种元素组成，分子式为CoMnSi_1-x(x＝0-0.02，如0；0.01；0.02)。

(1)样品致密没有裂纹。

(2)具有磁场诱导的变磁性相变。

(3)制备的合金具有平行于磁场的<111>方向取向织构。

(4)室温附近的变磁性相变无磁滞。

(5)室温下具有巨大的磁致伸缩效应(绝对值大于1000ppm)

本发明的有益效果：得到的CoMnSi_0.98合金在室温的磁致伸缩效应明显大于公认的Terfenol-D材料，绝对值大于1000 ppm。且没有磁滞。

实验与测量表明，通过上述的制备方法，制备的CoMnSi_1-x合金致密无裂纹，且沿6T左右的强磁场方向具有<111>方向的织构。通过主族空位的引入，CoMnSi合金的变磁性临界场明显降低。

附图说明

图1：制备样品的SEM。1a是100μm的标尺，1b是1mm的标尺。

图2：制备样品的结构示意图图2(c)，X取向测量图2(b)以及测量方法图2(a)。

图3：制备样品的磁性(H-B)性能图，图3(a)、图3(b)、图3(c)分别对应了三种成分的材料，而图3(d)对应了材料在不同温度下的磁性能。

图4：制备样品(CoMnSi)的磁致伸缩性能(分别对应平行测量和垂直测量条件)。

图5：制备样品(CoMnSi_0.98)的磁致伸缩性能(分别对应平行测量和垂直测量条件)。