CN1727507A - 具有磁热效应的镝(或钆)基块体金属玻璃合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有磁热效应的新型镝(或钆)基块体金属玻璃合金材料及其制备方法，属稀有金属合金材料技术领域。本发明的块体金属玻璃合金材料的组成及含量(原子百分比)为：Dy_{100－a－b－c}Gd_aCo_bAl_c，其中a 15～50，b 18～22，c 22～28。具有上述组成配方的镝(或钆)基块体金属玻璃合金材料的制备方法如下：将高纯金属镝、金属钆、金属钴和金属铝按规定的原子百分比配料，将该配合料放在真空电弧炉中熔炼，使金属全部熔化并混合均匀生成母合金；真空电弧炉的电流为150～250A；将所得的母合金熔液采用常规使用的真空吸铸水冷铜模法，最终可制得镝(或钆)基块体金玻璃合金材料。本发明制得的金属合金具有良好的磁热效应，可用于冰箱、空调等致冷设备的近室温磁致冷工质，无环境污染。

Description

具有磁热效应的镝(或钆)基块体金属玻璃合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有磁热效应的新型镝(或钆)基块体金属玻璃合金材料及其制备方法，属稀有金属合金材料技术领域。

背景技术

块体金属玻璃由于具有高强度、高硬度、高耐磨、耐腐蚀、抗氧化和抗辐照等优异性能，二十世纪九十年代以来，许多研究者在大块非晶合金领域进行了大量的研究工作。

室温磁致冷材料由于其巨大的经济和社会效益，近几年来备受世界各国科学工作者的商家关注。1997年美国能源部的Ames实验室的科学家发现了Gd₅(Si_xGe_4-x)化合物，可通过调整Si含量来调节材料的居里温度，但该材料要求Gd纯度较高，且化学稳定性差；2000年中科院物理所科研人员发现了La(Fe_1-xCo_x)_11.83Al_1.17化合物具有较好的室温磁致冷效应，可通过Co含量来调节居里温度，但调高居里温度的同时会降低化合物的等温磁熵变，且该材料必须是NaZn₁₃型晶体结构；2002年Tegus等人在《Nature》上报道了MuFeP_1-xAs_x一类新的室温磁致冷材料，可通过调整P/As的比率来调节居里温度，如MuFeP_0.45As_0.55的居里温度为308K，这对于工作温度在室温的空调、冰箱等制冷系统来说，是目前比较好工质材料。上述几种最新发现的室温磁致冷材料均为金属间化合物，由于性脆而难于加工成型，居里点附近最大熵变所需外加磁场为5T，外加磁场必须由超导磁体提供，因此，目前最好的室温磁致冷工质离商业化和产业化应用还存在一定距离。非晶基合金是一种具有诱人前景的磁致冷工质候选材料，它具有成分可调、低的涡流和滞后损耗、优他的抗腐蚀和抗氧化等性能。磁制冷是通过控制外加磁场，使工质的熵发生变化以产生吸热和放热反应达到制冷目的。工质的熵包括磁商(S_M)、晶格熵(S_L)和电子熵(S_E)，在制冷循环过程中只有S_M对磁制冷做贡献，而S_L和S_E则做负功，因此，要求工质的S_L和S_E尽量小。对于非晶基合金其晶格熵趋于零，作为室温磁制冷工质这一点是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的具有磁热效应的镝(或钆)基块体金属玻璃合金材料。本发明的另一目的是提供这种新型镝(或钆)基块体金属玻璃合金材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

本发明一种具有磁热效应的新型镝(或钆)基块体金属玻璃合金材料，其特征在于该材料的组成及含量(原子百分比)为：

Dy_100-a-b-cGd_aCo_bAl_c，

其中：a 15～50，b 18～22，c 22～28。

当上述基块体金属合金通式中的金属Dy(镝)占主要比重或较大百分含量时，则为镝基块体金属玻璃合金；当通式中的金属Gd(钆)占主要比重或较大百分含量时，则为钆基块体金玻璃合金。

具有上述组成配方的镝(或钆)基块体金属玻璃合金材料的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.将高纯金属镝(Dy)、高纯金属钆(Gd)、高纯金属钴(Co)和高纯金属铝(Al)按上述按规定的原子百分比配料，将该配料放在真空电弧炉中熔炼，反复四次熔炼，使所有金属全部熔化并混合均匀生成母合金；真空电弧炉采用的电流为150～250A；

b.将上述所得的母合金熔液采用常规使用的真空吸铸水冷铜模法，最终可制得镝(或钆)基块体金玻璃合金材料。

满足上述金属玻璃合金成分及含量范围的条件下，通过熔炼和成型工艺可制备出直径达5毫克的块体金属玻璃，其过冷液相区宽度在60～80K温度范围，且该系列金属玻璃在永磁体Nd-Fe-B提供外加磁场下具有一定的磁热效应，可应用于冰箱、空调等致冷设备的无污染的近室温磁致冷工质，缓解目前使用的冰箱、空调等致冷设备对大气造成的污染。

本发明的一种新型镝(或钆)基块体金属玻璃合金材料，由于块体金属玻璃晶格熵趋于零的特点，解决了一直在晶太态室温磁致冷材料中存在的晶格熵做负功的问题，同时利用块体金属玻璃具有宽的过冷液相区的特点，在该区间容易成型加工，克服了长期困挠晶态室温磁致冷材料由于性脆而难于加工成型的实际问题。

具体实施方式

现将本发明的实施例具体叙述于后。

实施例1

采用纯单质金属镝、钆、钴和铝，其纯度均在99.5％以上。按规定的原子百分比进行配料，金属玻璃合金的组成为：Dy 31、Gd 25、Co 20、Al 24。

将上述配合料放在真空电弧炉中熔炼，反复四次熔炼，使所有金属全部熔化并混合均匀生成母合金；真空电弧炉采用的电流为240A。将所得的母合金熔液采用常规的真空吸铸水冰铜模法，最终制得直径为5毫米的棒状块体金属玻璃，也即是镝基块体金属玻璃合金材料。

经检测和测试，该5mm棒为非晶结构组织，其Tg(玻璃转变温度)为609K，Tx(晶化温度为)为669K，ΔTx(过冷液相区)为60K。

实施例2

本实施例与上述实施例1的制备过程完全相同，不同之处如下：

金属玻璃合金的组成为：Dy 29、Gd 25、Co 20、Al 26。最终制得镝基块体金玻璃合金材料。

经检测和测试，该5mm棒为非晶结构组织，其Tg为613K，Tx为687K，ΔTx为74K。

实施例3

本实施例与上述实施例1的制备过程完全相同，不同之处如下：

金属玻璃合金的组成为：Dy 27、Gd 25、Co 20、Al 28。最终制得镝基块体金玻璃合金材料。

经检测和测试，该5mm棒为非晶结构组织，其Tg为635K，Tx为690K，ΔTx为55K。

实施例4

本实施例与上述实施例1的制备过程完全相同，不同之处如下：

金属玻璃合金的组成为：Dy 29、Gd 25、Co 22、Al 24。最终制得镝基块体金玻璃合金材料。

经检测和测试，该5mm棒为非晶结构组织，其Tg为615K，Tx为671K，ΔTx为56K。

实施例5

本实施例与上述实施例1的制备过程完全相同，不同之处如下：

金属玻璃合金的组成为：Dy 41、Gd 15、Co 20、Al 24。最终制得镝基块体金玻璃合金材料。

经检测和测试，该5mm棒为非晶结构组织，其Tg为617K，Tx为677K，ΔTx为60K。

实施例6

本实施例与上述实施例1的制备过程完全相同，不同之处如下：

金属玻璃合金的组成为：Dy 15、Gd 41、Co 20、Al 24。最终制得镝基块体金玻璃合金材料。

经检测和测试，该5mm棒为非晶结构组织，其Tg为598K，Tx为661K，ΔTx为63K。

实施例7

本实施例与上述实施例1的制备过程完全相同，不同之处如下：

金属玻璃合金的组成为：Dy 25、Gd 31、Co 20、Al 24。最终制得镝基块体金玻璃合金材料。

经检测和测试，该5mm棒为非晶结构组织，其Tg为604K，Tx为666K，ΔTx为62K。

实施例8

本实施例与上述实施例1的制备过程完全相同，不同之处如下：

金属玻璃合金的组成为：Dy 25、Gd 29、Co 20、Al 26。最终制得镝基块体金玻璃合金材料。

经检测和测试，该5mm棒为非晶结构组织，其Tg为607K，Tx为668K，ΔTx为61K。

Claims (2)

1.一种具有磁热效应的新型镝(或钆)基块体金属玻璃合金材料，其特征在于该材料的组成及含量(原子百分比)为：

Dy_100-a-b-cGd_aCo_bAl_c，

其中：a 15～50，b 18～22，c 22～28。

2.如权利要求1所述的一种具有磁热效应的镝(或钆)基块体金属玻璃合金材料的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.将高纯金属镝(Dy)、高纯金属钆(Gd)、高纯金属钴(Co)和高纯金属铝(Al)上述按规定的原子百分比配料，将该配料放在真空电弧炉中熔炼，反复四次熔炼，使所有金属全部熔化并混合均匀生成母合金；真空电弧炉的电流为150～250A；

b.将上述所得的母合金熔液采用常规使用的真空吸铸水冷铜模法，最终可制得镝(或钆)基块体金玻璃合金材料。