一种变磁性相变临界场降低的MnCoSi基合金的制作方法

本发明涉及一种相变临界场降低的MnCoSi基合金，属于合金制备领域。

背景技术：

MnCoSi合金是一种新型无重稀土的巨磁致伸缩材料。其磁致伸缩效应大于现有的Terfenol-D多晶，且可逆无磁滞，具有较大的应用价值。然而MnCoSi合金的室温磁致相变临界场较高，约2.5 T。这大大阻碍了其可能的应用。因此，如何通过有效的方法降低MnCoSi合金的室温相变临界场是其应用的基本前提。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能有效降低相变临界场的MnCoSi基合金。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种MnCoSi基合金，以原子百分比计，所述的合金表达式为Mn_1-xCo_1+xSi ，其中0.01≤ x ≤0.015。

其中，优选的MnCoSi基合金表达式为Mn_0.985Co_1.015Si。

与现有技术相比，本发明的优点是：

[1]Co原子掺杂部分的Mn原子，Co原子除了占据原先4c位（Wyckoff position）外，过量的Co原子将占据Mn位。

[2]等温磁化曲线反映出来的变磁性临界场随着Co原子含量的增加而显著降低，其中优选的Mn_0.985Co_1.015Si合金可以有效将合金的室温相变临界场降低至0.8 T（相变临界场指50 %饱和磁化强度对应的外场大小）。

[3]合金室温磁化曲线无磁滞且室温磁致伸缩效应可逆无磁滞。

附图说明

图1是Mn_1-xCo_1+xSi合金( 0≤ x ≤ 0.03 )的室温合金XRD衍射数据。

图2是240-320 K范围内正分MnCoSi合金的等温磁化曲线

图3是240-320 K范围内Mn_0.99Co_1.01Si合金的等温磁化曲线。

图4是240-320 K范围内Mn_0.985Co_1.015Si合金的等温磁化曲线。

图5是240-320 K范围内Mn_0.98Co_1.02Si合金的等温磁化曲线。

图6是Mn_1-xCo_1+xSi（x = 0，0.01，0.015）合金不同温度下的变磁性临界场曲线。

图7是优选合金Mn_0.985Co_1.015Si在270-300 K间平行和垂直自然取向方向的磁致伸缩量。

具体实施方式

本发明所述的合金的制备方法为高纯氩气氛围保护下电弧熔炼，退火方式为850℃退火60小时，随后经过72小时冷至室温。

实施例1

利用X射线衍射仪（X-ray Diffraction：XRD）测了合金的物相结构。图1是Mn_1-xCo_1+xSi合金( 0≤ x ≤ 0.03 )的室温合金XRD衍射数据，当x = 0, 0.01, 0.015时，合金为单一的正交TiNiSi型结构，这表明x ≤ 0.015时，Co原子的掺杂不会引起合金结构失稳。而当Co掺杂量达到x=0.02及以上时，可以看出Mn_0.98Co_1.02Si和Mn_0.97Co_1.03Si合金在2θ = 43.5°左右还存在少量Mn₅Si₃杂相。因此，为保证合金结构的稳定，Mn_1-xCo_1+xSi合金范围确定为0.01≤ x ≤ 0.015。

实施例2

利用超导量子干涉仪（Superconducting Quantum Interference Device：SQUID）测量了Mn_1-xCo_1+xSi（x = 0，0.01，0.015，0.02）合金的等温磁化曲线。

图2是正分MnCoSi合金的等温磁化曲线，合金在240-320 K的温度范围内均表现出变磁性特征，其中室温300 K时的变磁性临界场为2.5 T（相变临界场指50 %饱和磁化强度对应的外场大小）。

图3是Mn_0.99Co_1.01Si合金的等温磁化曲线，合金在240-320 K的温度范围内均表现出变磁性特征，其中室温300 K时的变磁性临界场为0.9 T。

图4是Mn_0.985Co_1.015Si合金的等温磁化曲线，合金在240-320 K的温度范围内均表现出变磁性特征，其中室温300 K时的变磁性临界场为0.8 T。

图5是Mn_0.98Co_1.02Si合金的等温磁化曲线，合金在240-280 K的温度范围内均表现出变磁性特征，在280-320 K的温度范围内为合金表现出铁磁性行为，变磁性转变消失。

图6是Mn_1-xCo_1+xSi（x = 0，0.01，0.015）合金不同温度下的变磁性临界场曲线图。合金的变磁性临界场随着温度的增加而降低，且当Co掺杂量增加时，相变临界场显著降低，且伴随着合金三相点的降低（三相点是指温度点，该温度以下合金磁化曲线有磁滞，为一级相变；该温度以下合金磁化曲线无磁滞，为二级相变）。其中优选的Mn_0.985Co_1.015Si合金变磁性临界场大幅度降低，三相点为260 K，室温300 K时磁化曲线无磁滞。

实施例3

利用综合物性测量系统（Physical Property Measurement System：PPMS）

和应变片技术对优选Mn_0.985Co_1.015Si合金进行了磁致伸缩测量。

图7是优选合金270-300 K间平行和垂直自然取向方向的磁致伸缩量，在平行取向方向合金表现为正的磁致伸缩效应，300 K时最大磁致伸缩量为1125 ppm；在垂直取向方向表现为负的磁致伸缩效应，300 K时最大磁致伸缩量为-530 ppm。由于优选合金三相点为260 K，所以室温磁致伸缩效应可逆无磁滞。