具有磁熱效應的鏑(或釓)基塊體金屬玻璃合金材料及其製備方法

2023-06-22 10:00:26

專利名稱：具有磁熱效應的鏑(或釓)基塊體金屬玻璃合金材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種具有磁熱效應的新型鏑(或釓)基塊體金屬玻璃合金材料及其製備方法，屬稀有金屬合金材料技術領域。
背景技術：
塊體金屬玻璃由於具有高強度、高硬度、高耐磨、耐腐蝕、抗氧化和抗輻照等優異性能，二十世紀九十年代以來，許多研究者在大塊非晶合金領域進行了大量的研究工作。
室溫磁致冷材料由於其巨大的經濟和社會效益，近幾年來備受世界各國科學工作者的商家關注。1997年美國能源部的Ames實驗室的科學家發現了Gd5(SixGe4-x)化合物，可通過調整Si含量來調節材料的居裡溫度，但該材料要求Gd純度較高，且化學穩定性差；2000年中科院物理所科研人員發現了La(Fe1-xCox)11.83Al1.17化合物具有較好的室溫磁致冷效應，可通過Co含量來調節居裡溫度，但調高居裡溫度的同時會降低化合物的等溫磁熵變，且該材料必須是NaZn13型晶體結構；2002年Tegus等人在《Nature》上報導了MuFeP1-xAsx一類新的室溫磁致冷材料，可通過調整P/As的比率來調節居裡溫度，如MuFeP0.45As0.55的居裡溫度為308K，這對於工作溫度在室溫的空調、冰箱等製冷系統來說，是目前比較好工質材料。上述幾種最新發現的室溫磁致冷材料均為金屬間化合物，由於性脆而難於加工成型，居裡點附近最大熵變所需外加磁場為5T，外加磁場必須由超導磁體提供，因此，目前最好的室溫磁致冷工質離商業化和產業化應用還存在一定距離。非晶基合金是一種具有誘人前景的磁致冷工質候選材料，它具有成分可調、低的渦流和滯後損耗、優他的抗腐蝕和抗氧化等性能。磁製冷是通過控制外加磁場，使工質的熵發生變化以產生吸熱和放熱反應達到製冷目的。工質的熵包括磁商(SM)、晶格熵(SL)和電子熵(SE)，在製冷循環過程中只有SM對磁製冷做貢獻，而SL和SE則做負功，因此，要求工質的SL和SE儘量小。對於非晶基合金其晶格熵趨於零，作為室溫磁製冷工質這一點是非常有意義的。

發明內容
本發明的目的是提供一種新型的具有磁熱效應的鏑(或釓)基塊體金屬玻璃合金材料。本發明的另一目的是提供這種新型鏑(或釓)基塊體金屬玻璃合金材料的製備方法。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的。
本發明一種具有磁熱效應的新型鏑(或釓)基塊體金屬玻璃合金材料，其特徵在於該材料的組成及含量(原子百分比)為Dy100-a-b-cGdaCobAlc，其中a 15～50，b 18～22，c 22～28。
當上述基塊體金屬合金通式中的金屬Dy(鏑)佔主要比重或較大百分含量時，則為鏑基塊體金屬玻璃合金；當通式中的金屬Gd(釓)佔主要比重或較大百分含量時，則為釓基塊體金玻璃合金。
具有上述組成配方的鏑(或釓)基塊體金屬玻璃合金材料的製備方法，其特徵在於具有以下的工藝過程和步驟a.將高純金屬鏑(Dy)、高純金屬釓(Gd)、高純金屬鈷(Co)和高純金屬鋁(Al)按上述按規定的原子百分比配料，將該配料放在真空電弧爐中熔煉，反覆四次熔煉，使所有金屬全部熔化並混合均勻生成母合金；真空電弧爐採用的電流為150～250A；b.將上述所得的母合金熔液採用常規使用的真空吸鑄水冷銅模法，最終可製得鏑(或釓)基塊體金玻璃合金材料。
滿足上述金屬玻璃合金成分及含量範圍的條件下，通過熔煉和成型工藝可製備出直徑達5毫克的塊體金屬玻璃，其過冷液相區寬度在60～80K溫度範圍，且該系列金屬玻璃在永磁體Nd-Fe-B提供外加磁場下具有一定的磁熱效應，可應用於冰箱、空調等致冷設備的無汙染的近室溫磁致冷工質，緩解目前使用的冰箱、空調等致冷設備對大氣造成的汙染。
本發明的一種新型鏑(或釓)基塊體金屬玻璃合金材料，由於塊體金屬玻璃晶格熵趨於零的特點，解決了一直在晶太態室溫磁致冷材料中存在的晶格熵做負功的問題，同時利用塊體金屬玻璃具有寬的過冷液相區的特點，在該區間容易成型加工，克服了長期困撓晶態室溫磁致冷材料由於性脆而難於加工成型的實際問題。
具體實施例方式
現將本發明的實施例具體敘述於後。
實施例1採用純單質金屬鏑、釓、鈷和鋁，其純度均在99.5％以上。按規定的原子百分比進行配料，金屬玻璃合金的組成為Dy 31、Gd 25、Co 20、Al 24。
將上述配合料放在真空電弧爐中熔煉，反覆四次熔煉，使所有金屬全部熔化並混合均勻生成母合金；真空電弧爐採用的電流為240A。將所得的母合金熔液採用常規的真空吸鑄水冰銅模法，最終製得直徑為5毫米的棒狀塊體金屬玻璃，也即是鏑基塊體金屬玻璃合金材料。
經檢測和測試，該5mm棒為非晶結構組織，其Tg(玻璃轉變溫度)為609K，Tx(晶化溫度為)為669K，ΔTx(過冷液相區)為60K。
實施例2本實施例與上述實施例1的製備過程完全相同，不同之處如下金屬玻璃合金的組成為Dy 29、Gd 25、Co 20、Al 26。最終製得鏑基塊體金玻璃合金材料。
經檢測和測試，該5mm棒為非晶結構組織，其Tg為613K，Tx為687K，ΔTx為74K。
實施例3本實施例與上述實施例1的製備過程完全相同，不同之處如下金屬玻璃合金的組成為Dy 27、Gd 25、Co 20、Al 28。最終製得鏑基塊體金玻璃合金材料。
經檢測和測試，該5mm棒為非晶結構組織，其Tg為635K，Tx為690K，ΔTx為55K。
實施例4本實施例與上述實施例1的製備過程完全相同，不同之處如下金屬玻璃合金的組成為Dy 29、Gd 25、Co 22、Al 24。最終製得鏑基塊體金玻璃合金材料。
經檢測和測試，該5mm棒為非晶結構組織，其Tg為615K，Tx為671K，ΔTx為56K。
實施例5本實施例與上述實施例1的製備過程完全相同，不同之處如下金屬玻璃合金的組成為Dy 41、Gd 15、Co 20、Al 24。最終製得鏑基塊體金玻璃合金材料。
經檢測和測試，該5mm棒為非晶結構組織，其Tg為617K，Tx為677K，ΔTx為60K。
實施例6本實施例與上述實施例1的製備過程完全相同，不同之處如下金屬玻璃合金的組成為Dy 15、Gd 41、Co 20、Al 24。最終製得鏑基塊體金玻璃合金材料。
經檢測和測試，該5mm棒為非晶結構組織，其Tg為598K，Tx為661K，ΔTx為63K。
實施例7本實施例與上述實施例1的製備過程完全相同，不同之處如下金屬玻璃合金的組成為Dy 25、Gd 31、Co 20、Al 24。最終製得鏑基塊體金玻璃合金材料。
經檢測和測試，該5mm棒為非晶結構組織，其Tg為604K，Tx為666K，ΔTx為62K。
實施例8本實施例與上述實施例1的製備過程完全相同，不同之處如下金屬玻璃合金的組成為Dy 25、Gd 29、Co 20、Al 26。最終製得鏑基塊體金玻璃合金材料。
經檢測和測試，該5mm棒為非晶結構組織，其Tg為607K，Tx為668K，ΔTx為61K。
權利要求
1.一種具有磁熱效應的新型鏑(或釓)基塊體金屬玻璃合金材料，其特徵在於該材料的組成及含量(原子百分比)為Dy100-a-b-cGdaCobAlc，其中a 15～50，b 18～22，c 22～28。
2.如權利要求1所述的一種具有磁熱效應的鏑(或釓)基塊體金屬玻璃合金材料的製備方法，其特徵在於具有以下的工藝過程和步驟a.將高純金屬鏑(Dy)、高純金屬釓(Gd)、高純金屬鈷(Co)和高純金屬鋁(Al)上述按規定的原子百分比配料，將該配料放在真空電弧爐中熔煉，反覆四次熔煉，使所有金屬全部熔化並混合均勻生成母合金；真空電弧爐的電流為150～250A；b.將上述所得的母合金熔液採用常規使用的真空吸鑄水冷銅模法，最終可製得鏑(或釓)基塊體金玻璃合金材料。
全文摘要
本發明涉及一種具有磁熱效應的新型鏑(或釓)基塊體金屬玻璃合金材料及其製備方法，屬稀有金屬合金材料技術領域。本發明的塊體金屬玻璃合金材料的組成及含量(原子百分比)為Dy
文檔編號C22C45/00GK1727507SQ20051002726
公開日2006年2月1日 申請日期2005年6月29日 優先權日2005年6月29日
發明者肖學山, 李旭飛, 李鈞, 王友全, 方守獅, 董遠達 申請人:上海大學