一種變磁性相變臨界場降低的MnCoSi基合金的制作方法

本發明涉及一種相變臨界場降低的MnCoSi基合金，屬于合金制備領域。

背景技術：

MnCoSi合金是一種新型無重稀土的巨磁致伸縮材料。其磁致伸縮效應大于現有的Terfenol-D多晶，且可逆無磁滯，具有較大的應用價值。然而MnCoSi合金的室溫磁致相變臨界場較高，約2.5 T。這大大阻礙了其可能的應用。因此，如何通過有效的方法降低MnCoSi合金的室溫相變臨界場是其應用的基本前提。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種能有效降低相變臨界場的MnCoSi基合金。

實現本發明目的的技術解決方案是：一種MnCoSi基合金，以原子百分比計，所述的合金表達式為Mn_1-xCo_1+xSi ，其中0.01≤ x ≤0.015。

其中，優選的MnCoSi基合金表達式為Mn_0.985Co_1.015Si。

與現有技術相比，本發明的優點是：

[1]Co原子摻雜部分的Mn原子，Co原子除了占據原先4c位（Wyckoff position）外，過量的Co原子將占據Mn位。

[2]等溫磁化曲線反映出來的變磁性臨界場隨著Co原子含量的增加而顯著降低，其中優選的Mn_0.985Co_1.015Si合金可以有效將合金的室溫相變臨界場降低至0.8 T（相變臨界場指50 %飽和磁化強度對應的外場大小）。

[3]合金室溫磁化曲線無磁滯且室溫磁致伸縮效應可逆無磁滯。

附圖說明

圖1是Mn_1-xCo_1+xSi合金( 0≤ x ≤ 0.03 )的室溫合金XRD衍射數據。

圖2是240-320 K范圍內正分MnCoSi合金的等溫磁化曲線

圖3是240-320 K范圍內Mn_0.99Co_1.01Si合金的等溫磁化曲線。

圖4是240-320 K范圍內Mn_0.985Co_1.015Si合金的等溫磁化曲線。

圖5是240-320 K范圍內Mn_0.98Co_1.02Si合金的等溫磁化曲線。

圖6是Mn_1-xCo_1+xSi（x = 0，0.01，0.015）合金不同溫度下的變磁性臨界場曲線。

圖7是優選合金Mn_0.985Co_1.015Si在270-300 K間平行和垂直自然取向方向的磁致伸縮量。

具體實施方式

本發明所述的合金的制備方法為高純氬氣氛圍保護下電弧熔煉，退火方式為850℃退火60小時，隨后經過72小時冷至室溫。

實施例1

利用X射線衍射儀（X-ray Diffraction：XRD）測了合金的物相結構。圖1是Mn_1-xCo_1+xSi合金( 0≤ x ≤ 0.03 )的室溫合金XRD衍射數據，當x = 0, 0.01, 0.015時，合金為單一的正交TiNiSi型結構，這表明x ≤ 0.015時，Co原子的摻雜不會引起合金結構失穩。而當Co摻雜量達到x=0.02及以上時，可以看出Mn_0.98Co_1.02Si和Mn_0.97Co_1.03Si合金在2θ = 43.5°左右還存在少量Mn₅Si₃雜相。因此，為保證合金結構的穩定，Mn_1-xCo_1+xSi合金范圍確定為0.01≤ x ≤ 0.015。

實施例2

利用超導量子干涉儀（Superconducting Quantum Interference Device：SQUID）測量了Mn_1-xCo_1+xSi（x = 0，0.01，0.015，0.02）合金的等溫磁化曲線。

圖2是正分MnCoSi合金的等溫磁化曲線，合金在240-320 K的溫度范圍內均表現出變磁性特征，其中室溫300 K時的變磁性臨界場為2.5 T（相變臨界場指50 %飽和磁化強度對應的外場大小）。

圖3是Mn_0.99Co_1.01Si合金的等溫磁化曲線，合金在240-320 K的溫度范圍內均表現出變磁性特征，其中室溫300 K時的變磁性臨界場為0.9 T。

圖4是Mn_0.985Co_1.015Si合金的等溫磁化曲線，合金在240-320 K的溫度范圍內均表現出變磁性特征，其中室溫300 K時的變磁性臨界場為0.8 T。

圖5是Mn_0.98Co_1.02Si合金的等溫磁化曲線，合金在240-280 K的溫度范圍內均表現出變磁性特征，在280-320 K的溫度范圍內為合金表現出鐵磁性行為，變磁性轉變消失。

圖6是Mn_1-xCo_1+xSi（x = 0，0.01，0.015）合金不同溫度下的變磁性臨界場曲線圖。合金的變磁性臨界場隨著溫度的增加而降低，且當Co摻雜量增加時，相變臨界場顯著降低，且伴隨著合金三相點的降低（三相點是指溫度點，該溫度以下合金磁化曲線有磁滯，為一級相變；該溫度以下合金磁化曲線無磁滯，為二級相變）。其中優選的Mn_0.985Co_1.015Si合金變磁性臨界場大幅度降低，三相點為260 K，室溫300 K時磁化曲線無磁滯。

實施例3

利用綜合物性測量系統（Physical Property Measurement System：PPMS）

和應變片技術對優選Mn_0.985Co_1.015Si合金進行了磁致伸縮測量。

圖7是優選合金270-300 K間平行和垂直自然取向方向的磁致伸縮量，在平行取向方向合金表現為正的磁致伸縮效應，300 K時最大磁致伸縮量為1125 ppm；在垂直取向方向表現為負的磁致伸縮效應，300 K時最大磁致伸縮量為-530 ppm。由于優選合金三相點為260 K，所以室溫磁致伸縮效應可逆無磁滯。