[发明专利]一种Cu掺杂的MnAl基磁制冷材料及其制备方法

说明书

一种Cu掺杂的MnAl基磁制冷材料及其制备方法，材料的化学通式为：Mn_aAl_bCu_c，其中a为30～40，b为50，c为10～20，且a+b+c＝100，材料的居里温度为375～402K；制备方法为：(1)准备金属锰、金属铜和金属铝；(2)放入电弧熔炼炉中，反复抽真空通氩气，最后通入氩气至0.3～0.8个标准大气压；(3)开启电弧熔炼炉进行熔炼，随炉冷却；(4)表面处理后装入石英管，将石英管抽真空后放入退火炉退火；(5)将石英管取出水淬，取出金属材料。本发明的方法制备工艺简单，使MnAl基材料在磁制冷领域的应用成为可能，实现零的突破。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种Cu掺杂的MnAl基磁制冷材料及其制备方法。

背景技术

磁制冷技术作为21世纪最重要的技术之一，与传统的制冷技术相比较有以下优点：1、磁制冷的制冷效率更高，可以达到卡诺循环的30-60％，而蒸汽压缩制冷只能达到卡诺循环的5-10％；2、由于磁性材料的磁熵密度远大于气体制冷剂的磁熵密度，因此制冷单元体积变得较小，运行平稳可靠；3、噪音更小、寿命更长；磁制冷的核心为磁场，而磁场主要是由电磁铁、超导体以及永磁体来提供，因此，磁制冷无需压缩机，相比较于传统的制冷技术，磁制冷噪音更小、寿命更长；4、最为重要的一点是相比较于氟利昂压缩制冷带来的种种环境问题，磁制冷技术是完全绿色无环境污染的高新技术。

磁制冷技术的主要原理是利用材料的磁热效应，具体表现为外磁场的变化会引起材料自身温度的变化，以此达到制冷或制热的效果；磁制冷技术未来极有可能取代传统的气体压缩制冷成为最有发展前景的制冷技术之一。

目前磁制冷所研究的材料一般均含有稀土元素，如LaFeSi、GdSiGe等稀土磁制冷材料，这些材料虽然都具有非常大的磁热效应，但是这些材料均含有稀土元素。稀土元素作为不可再生资源，随着世界各国的快速发展，稀土元素日益枯竭的趋势已经不可阻挡。

MnAl材料由于较高的理论饱和磁化强度(144emu/g)、良好的机械加工性能、制备工艺简单以及不含稀土元素成本低廉引起了国内外研究人员的大量研究，目前对于MnAl材料的研究均局限于大力发展MnAl材料的硬磁性能，如提高矫顽力以及磁能积等性能；由于该材料较大的矫顽力(4kOe)以及较高的居里温度(650K)，使其在磁制冷材料领域的发展受限；目前MnAl材料在磁制冷领域的应用尚处于空白阶段，因此开发出接近零矫顽力、低居里温度的MnAl基软磁材料意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供Cu掺杂的MnAl基磁制冷材料及其制备方法，在不使用稀土的情况下，通过在锰铝基体中引入铜元素，结合熔炼退火工艺，制备出矫顽力小于30Oe的磁制冷材料。

本发明的Cu掺杂的MnAl基磁制冷材料的化学通式为：Mn_aAl_bCu_c，其中a为30～40，b为50，c为10～20，且a+b+c＝100，其居里温度为375～402K。

上述的Cu掺杂的MnAl基磁制冷材料在0～1.5T磁场条件下，最大磁熵变为0.89～1.13J/kgK。

上述的Cu掺杂的MnAl基磁制冷材料为矫顽力30Oe的软磁材料。

本发明的Cu掺杂的MnAl基磁制冷材料的制备方法包括以下步骤：

1、准备金属锰、金属铜和金属铝，其中按质量份数金属锰30～40份，金属铝50份，金属铜10～20份；

2、将金属锰、金属铜和金属铝同时放入电弧熔炼炉中；先对电弧熔炼炉抽真空，再通入氩气至常压，反复进行三次；然后再抽真空，最后通入氩气至0.3～0.8个标准大气压；

3、开启电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼后随炉冷却至常温，获得合金铸锭；