一种致密的MnCoSi基巨磁致伸缩材料

本发明属于巨磁致伸缩材料制备领域，涉及一种致密的mncosi基巨磁致伸缩材料。

背景技术：

1、高能量密度巨磁致伸缩材料可实现机械能和电磁能之间的快速高效转换，在低频声呐探测系统水声换能器、超声换能器和传感器等领域具有直接的应用价值。现有两类典型的巨磁致伸缩材料，terfenol-d和fe-ga，但二者难以兼具大磁致伸缩效应与良好的力学性能。

2、作为一大类磁功能材料，磁相变合金在磁场诱导相变过程中伴随晶格常数的巨大变化，能够产生巨磁致伸缩效应，如织构型ni-mn基多晶在5 t磁场下的磁致伸缩值高达2500 ppm。这为巨磁致伸缩材料的开发提供了新的思路。近年来，国内外研究表明隶属于pnma空间群的正交mncosi磁相变合金具有强磁弹耦合，其非共线磁结构在外加磁场下可诱发转变为共线铁磁结构，并具有特殊的三相点，而变磁相变过程中伴随显著的磁致伸缩效应。基于变磁性的敏感性，研究者已经通过合金化和应力工程等手段灵活地调控了mncosi变磁相变合金的相变级数，大幅度降低临界磁场和消除磁滞损耗，获得二级相变驱动地室温低场下的可逆巨磁致伸缩效应。但是mncosi合金在高温1100 k左右经历一个马氏体结构相变，且相变过程中合金体积剧烈膨胀且呈现明显的各向异性变化，进而诱发合金中呈刚性和方向性的共价键部分断裂，在宏观上mncosi铸锭会布满厘米级裂纹，甚至破碎不完整，这直接导致了mncosi基合金的力学性能极差，无法加工成型。因此，面向应用，我们亟需获得致密mncosi基合金铸锭，提升合金的力学性能。

技术实现思路

1、本发明针对mncosi基材料具有大量厘米级裂纹，力学性能差等突出问题，采用pt元素掺杂的方法，提出了一种致密的mncosi基巨磁致伸缩材料。

2、实现本发明的技术方案如下：一种致密的mncosi基巨磁致伸缩材料，利用pt原子部分替代mncosi材料中的co原子，以原子百分比计，该材料的表达式为mnco1- xpt xsi。

3、较佳的， x≥0.25， x优选0.25~0.3， x更优选0.3，随着pt含量增大可以抑制诱发材料碎裂的结构相变，进而提高材料致密性和力学性能，但是pt含量过高变磁性消失，无巨磁致伸缩效应，而pt含量过小会发生马氏体相变带来的样品膨胀自发碎裂。

4、上述致密的mncosi基巨磁致伸缩材料的制备方法，包括：在氩气氛保护下的电弧熔炼制备mnco1- xpt xsi合金铸锭，再真空封装于石英管中，随后于800℃退火60小时，再72小时缓慢冷却到室温。

5、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

6、1）本发明利用pt替代mncosi材料中的co位，随着pt含量的增加，材料的高温区马氏体相变温度逐渐升高，而熔点逐渐降低。当 x≥0.25时，材料的结构相变温度名义上高于熔点，使得材料中仅存在单一的液—固相变，马氏体相变被彻底抑制，这在根本上解决了由于马氏体相变带来的样品膨胀自发碎裂的问题，提出的mnco0.7pt0.3si材料比分完整致密，无宏观厘米级裂纹，增强了材料的力学性能和机械加工性能。本发明对mncosi基巨磁致伸缩材料的实际应用具有重要意义。

7、2）本发明在掺杂pt时，mncosi基材料的变磁相变和巨磁致伸效应始终保持，且无磁滞，相应变磁相变临界场呈现反常的先增加后降低的非单调变化。

技术特征：

1.一种致密的mncosi基巨磁致伸缩材料，其特征在于，利用pt原子部分替代mncosi材料中的co原子，以原子百分比计，该材料的表达式为mnco1-xptxsi。

2.如权利要求1所述的材料，其特征在于，x≥0.25。

3.如权利要求1所述的材料，其特征在于，x为0.25~0.3。

4.如权利要求1所述的材料，其特征在于，x为0.3。

5. 如权利要求4所述的材料，其特征在于，x为0.3时，该材料的多晶磁致伸缩值为400ppm。

6.如权利要求1-5任一所述的材料，其特征在于，该材料在室温下具有变磁相变和巨磁致伸缩效应。

7.如权利要求1-5任一所述的材料，其特征在于，该材料室温磁致伸缩可逆无磁滞。

8.如权利要求1-5任一所述的材料，其特征在于，该材料的合金铸锭具有完整致密且无厘米级宏观裂纹的表观形貌。

9.一种如权利要求1-8任一所述的致密的mncosi基巨磁致伸缩材料的制备方法，其特征在于，包括：在氩气保护下采用电弧熔炼制备mnco1-xptxsi合金铸锭，再真空封装于石英管中，随后于800℃退火60小时，再72小时缓慢冷却到室温。

技术总结
本发明公开了一种致密的MnCoSi基巨磁致伸缩材料，其成分为MnCo<subgt;1‑x</subgt;Pt<subgt;x</subgt;Si，属于磁致伸缩材料制备领域，其步骤为：利用元素Pt部分替代MnCoSi材料中的Co设计MnCo<subgt;1‑x</subgt;Pt<subgt;x</subgt;Si材料体系，再利用氩气气氛保护下的电弧熔炼制备得到致密的合金铸锭。本发明通过改变掺杂Pt的含量，来调节MnCoSi材料的马氏体相变温度，进而消除马氏体相变，获得致密无宏观裂纹的MnCoSi基材料，且材料保持大的室温可逆磁致伸缩效应，有助于推动该类巨磁致伸缩材料的实用化。

技术研发人员：周添依,刘俊,徐锋
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14