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制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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制備方法，屬稀有金屬合金材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
塊體金屬玻璃由于具有高強度、高硬度、高耐磨、耐腐蝕、抗氧化和抗輻照等優(yōu)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(lǐng)域進行了大量的研究工作。
室溫磁致冷材料由于其巨大的經(jīng)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(guān)注。1997年美國能源部的Ames實驗室的科學家發(fā)現(xiàn)了Gd5(SixGe4-x)化合物，可通過調(diào)整Si含量來調(diào)節(jié)材料的居里溫度，但該材料要求Gd純度較高，且化學穩(wěn)定性差；2000年中科院物理所科研人員發(fā)現(xiàn)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(diào)節(jié)居里溫度，但調(diào)高居里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(jié)構(gòu)；2002年Tegus等人在《Nature》上報道了MuFeP1-xAsx一類新的室溫磁致冷材料，可通過調(diào)整P/As的比率來調(diào)節(jié)居里溫度，如MuFeP0.45As0.55的居里溫度為308K，這對于工作溫度在室溫的空調(diào)、冰箱等制冷系統(tǒng)來說，是目前比較好工質(zhì)材料。上述幾種最新發(fā)現(xiàn)的室溫磁致冷材料均為金屬間化合物，由于性脆而難于加工成型，居里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(zhì)離商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)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(zhì)候選材料，它具有成分可調(diào)、低的渦流和滯后損耗、優(yōu)他的抗腐蝕和抗氧化等性能。磁制冷是通過控制外加磁場，使工質(zhì)的熵發(fā)生變化以產(chǎn)生吸熱和放熱反應達到制冷目的。工質(zhì)的熵包括磁商(SM)、晶格熵(SL)和電子熵(SE)，在制冷循環(huán)過程中只有SM對磁制冷做貢獻，而SL和SE則做負功，因此，要求工質(zhì)的SL和SE盡量小。對于非晶基合金其晶格熵趨于零，作為室溫磁制冷工質(zhì)這一點是非常有意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(fā)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制備方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
本發(fā)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，其特征在于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)占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)占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制備方法，其特征在于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(guī)定的原子百分比配料，將該配料放在真空電弧爐中熔煉，反復四次熔煉，使所有金屬全部熔化并混合均勻生成母合金；真空電弧爐采用的電流為150～250A；b.將上述所得的母合金熔液采用常規(guī)使用的真空吸鑄水冷銅模法，最終可制得鏑(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范圍的條件下，通過熔煉和成型工藝可制備出直徑達5毫克的塊體金屬玻璃，其過冷液相區(qū)寬度在60～80K溫度范圍，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，可應用于冰箱、空調(diào)等致冷設(shè)備的無污染的近室溫磁致冷工質(zhì)，緩解目前使用的冰箱、空調(diào)等致冷設(shè)備對大氣造成的污染。
本發(fā)明的一種新型鏑(或釓)基塊體金屬玻璃合金材料，由于塊體金屬玻璃晶格熵趨于零的特點，解決了一直在晶太態(tài)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(qū)的特點，在該區(qū)間容易成型加工，克服了長期困撓晶態(tài)室溫磁致冷材料由于性脆而難于加工成型的實際問題。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的實施例具體敘述于后。
實施例1采用純單質(zhì)金屬鏑、釓、鈷和鋁，其純度均在99.5％以上。按規(guī)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，反復四次熔煉，使所有金屬全部熔化并混合均勻生成母合金；真空電弧爐采用的電流為240A。將所得的母合金熔液采用常規(guī)的真空吸鑄水冰銅模法，最終制得直徑為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(jīng)檢測和測試，該5mm棒為非晶結(jié)構(gòu)組織，其Tg(玻璃轉(zhuǎn)變溫度)為609K，Tx(晶化溫度為)為669K，ΔTx(過冷液相區(qū))為60K。
實施例2本實施例與上述實施例1的制備過程完全相同，不同之處如下金屬玻璃合金的組成為Dy 29、Gd 25、Co 20、Al 26。最終制得鏑基塊體金玻璃合金材料。
經(jīng)檢測和測試，該5mm棒為非晶結(jié)構(gòu)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的制備過程完全相同，不同之處如下金屬玻璃合金的組成為Dy 27、Gd 25、Co 20、Al 28。最終制得鏑基塊體金玻璃合金材料。
經(jīng)檢測和測試，該5mm棒為非晶結(jié)構(gòu)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的制備過程完全相同，不同之處如下金屬玻璃合金的組成為Dy 29、Gd 25、Co 22、Al 24。最終制得鏑基塊體金玻璃合金材料。
經(jīng)檢測和測試，該5mm棒為非晶結(jié)構(gòu)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的制備過程完全相同，不同之處如下金屬玻璃合金的組成為Dy 41、Gd 15、Co 20、Al 24。最終制得鏑基塊體金玻璃合金材料。
經(jīng)檢測和測試，該5mm棒為非晶結(jié)構(gòu)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的制備過程完全相同，不同之處如下金屬玻璃合金的組成為Dy 15、Gd 41、Co 20、Al 24。最終制得鏑基塊體金玻璃合金材料。
經(jīng)檢測和測試，該5mm棒為非晶結(jié)構(gòu)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的制備過程完全相同，不同之處如下金屬玻璃合金的組成為Dy 25、Gd 31、Co 20、Al 24。最終制得鏑基塊體金玻璃合金材料。
經(jīng)檢測和測試，該5mm棒為非晶結(jié)構(gòu)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的制備過程完全相同，不同之處如下金屬玻璃合金的組成為Dy 25、Gd 29、Co 20、Al 26。最終制得鏑基塊體金玻璃合金材料。
經(jīng)檢測和測試，該5mm棒為非晶結(jié)構(gòu)組織，其Tg為607K，Tx為668K，ΔTx為61K。
權(quán)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，其特征在于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(quán)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制備方法，其特征在于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(guī)定的原子百分比配料，將該配料放在真空電弧爐中熔煉，反復四次熔煉，使所有金屬全部熔化并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采用常規(guī)使用的真空吸鑄水冷銅模法，最終可制得鏑(或釓)基塊體金玻璃合金材料。
全文摘要
本發(fā)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制備方法，屬稀有金屬合金材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)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(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)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