[发明专利]一种具有大的交换偏置效应的磁性形状记忆合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种具有铁磁性和双向形状记忆效应的形状记忆合金材料，特别是涉及具有大的交换偏置效应的MnNiCoSn磁性形状记忆合金材料及其制备方法，属于材料物理技术范畴。

背景技术

铁磁形状记忆合金是最近十年来发展起来的一类新型形状记忆合金材料，是同时具有铁磁性和热弹性马氏体相变特征的金属间化合物。这类合金中的马氏体相变能被温度和磁场两种因素驱动，因此它们不但具有传统形状记忆合金受温度场控制的热弹性形状记忆效应，而且具有受磁场控制的铁磁性形状记忆效应、磁致应变效应、磁电阻效应和磁热效应等，具有广阔的应用前景。

1956年，Meikleijohn和Bean首次在CoO(反铁磁材料)外壳覆盖的Co(铁磁材料)颗粒系统中观察到交换偏置现象。当系统加磁场通过反铁磁材料CoO的奈尔温度冷却到77K时，样品的磁滞回线沿冷却场方向反向偏离原点，并同时伴随着矫顽力的增加，当时把这个现象称之为交换偏置效应。目前，研究者已经发现交换偏置现象广泛存在于铁磁/反铁磁体系中，其基本特性与铁磁层和反铁磁层的材料，厚度以及结构取向，生长顺序及工艺条件密切相关。自从发现这一现象，交换偏置效应的钉扎作用在永磁体、超高密度磁记录介质、读出磁头、巨磁阻、自旋阀、隧道结新型存储器和传感器中得到广泛应用。因此，交换偏置的研究日益受到人们的重视。

最近研究者发现在富Mn的NiMnZ(Z＝In，Sn，Sb)铁磁形状记忆合金材

料中也具有交换偏置效应，例如：Mahmud Khan等人在Applied Physics Letters(91卷，072510页，2007年)上报道了Ni₅₀Mn_25+xSb_25-x品通过在外磁场下冷却(H_FC＝5T)观察到最大的交换偏置场为H_E＝248Oe，阻挡温度T_B＝115K(T＞T_B时，材料的交换偏置效应消失)。2011年，L.Ma等人在Applied Physics Letters上发表题名“Coexistence of reentrant-spin-glass the Mn2Ni1.6Sn0.4 Heusler alloy”的文章将铁磁形状记忆合金的H_E提高到1100Oe。由于具有交换偏置的新性质，因而这种记忆合金与以往的磁性记忆合金相比，具有更好的磁场可控制性，其应用范围更加广泛。正是由于磁性记忆合金所表现的优良的可控制性，使众多科学家都在努力研制更多的具有大的交换偏置的记忆合金。我们研发出MnCoNiSn磁性记忆合金在冷却场H_FC＝500Oe，温度T＝10K，测量场H＝1T的条件下，测得的交换偏置场H_E高达3160Oe，此值是目前为止铁磁形状记忆合金中交换偏置场最大值，这大大提高了材料的性能和应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有大的交换偏置效应的磁性形状记忆合金材料，该材料不仅具有通常形状记忆材料相变的性质，而且在其马氏体相中存在巨大的交换偏置现象，提高了材料的磁场可控制性，应用范围更加广泛。

本发明的目的还包括提供一种具有大的交换偏置效应的磁性形状记忆合金材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的，本申请人经多次实验，确定了一种具有大的交换偏置效应的磁性形状记忆合金材料的组成，其化学式为：Mn₅₀Ni_41-xCo_xSn₉；其中，0≤x≤5，x表示原子百分比含量。

进一步的，本发明所给出的一种具有大的交换偏置效应的磁性形状记忆合金材料的形式包括单晶或多晶锭材和多晶带材。

本发明提供的一种具有大的交换偏置效应的磁性形状记忆合金材料的制备方法包括：

方法一：制备多晶锭材

包括以下步骤：

(1)称量配比

按化学式Mn₅₀Ni_41-xCo_xSn₉的原子百分比称取纯度为99.9％的锰(Mn)、纯度为99.9％的钴(Co)、纯度为99.9％的镍(Ni)和纯度99.9％的锡(Sn)块材；

(2)熔炼(制备)多晶锭材