[发明专利]一种用于磁制冷的稀土高熵合金

说明书

本发明公开了一种用于磁制冷的稀土高熵合金；该稀土高熵合金的组成为Pr_xNd_xGd_xTb_xDy_x，其中x为原子百分比，x＝20，采用高真空电弧炉熔炼而成。本发明的高熵合金由五种不同的镧系稀土元素制得，熔炼成的合金组织致密均匀，性能稳定，磁热效应大，在0～5T磁场变化下的最大磁熵变为1.2J/Kg·K^‑1，相对制冷容量为66.6J/Kg，可应用在高温磁制冷领域，制备工艺简单，适于大规模批量化生产。

技术领域

本发明属于合金材料领域，涉及一种稀土合金，具体涉及一种用于磁制冷技术的稀土高熵合金。

背景技术

传统的气体压缩制冷技术广泛应用于各行各业，形成了庞大的产业，但它存在，但它存在制冷效率低、能耗大、破坏大气环境等缺点。气体压缩制冷技术已经不符合绿色环保的人类社会发展趋势。磁制冷技术是指以磁性材料为制冷工质的一种新型制冷技术。磁制冷作为一项高新绿色制冷技术，与传统气体压缩制冷相比具有如下竞争优势：(1)无环境污染；由于工质本身为固体合金材料以及可用水作为传热介质，消除了因使用氟利昂、氨及碳氢化合物等制冷剂所带来的破坏臭氧层、有毒、易泄漏、易燃、易爆等损害环境的缺陷；(2)高效节能：磁制冷技术的制冷效率可达到卡诺循环的30％～60％；节能优势显著；(3)制冷机小型化：由于磁工质是固体，其熵密度远远大于气体的熵密度，因而易于做到小型化；(4)稳定性、可靠性高：由于无压缩机，运动部件少，可大幅降低机械振动与噪声，可靠性高，寿命长，维修简单方便。

目前磁制冷技术尚处于实验室探索阶段，而取决于这一技术能否走出实验室，走进千家万户的关键是寻找优异的磁制冷材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效节能，对环境友好的用于磁制冷的稀土高熵合金。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于磁制冷的稀土高熵合金，该合金的组成为Pr_xNd_xGd_xTb_xDy_x，其中x为原子百分比，x＝20。

进一步地，该稀土高熵合金采用高真空电弧熔炼炉熔炼而成。

进一步地，该稀土高熵合金通过以下步骤制备而成：

(1)按照原子百分比分别称取稀土金属镨Pr、钕Nd、钆Gd、铽Tb、镝Dy，均匀混合成原料；

(2)将步骤(1)混合得到的原料置于电弧炉内，对电弧炉抽真空，保证炉膛真空度低于10^-3Pa，用高纯氩气清洗炉膛至少2次，然后充入氩气使炉内的压力达到0.05MPa，以大小为500A的电流对原料进行熔炼，每次熔炼时间为5分钟，重复熔炼6次，熔炼完成将样品快速冷却至室温，开炉取样即可得到成分均匀的合金铸锭。

该稀土高熵合金可应用在高温区磁制冷领域。

本发明所述的稀土高熵合金中各元素的作用如下；

镧系稀土元素(尤其是重稀土元素，如钆，铽，镝)由于其特殊的4f电子层结构，本身具有较大的原子磁矩；在外加磁场的作用下磁矩会发生偏转，从而产生有序度变化，产生较大的磁熵变，从而产生吸放热现象，这就是物质的磁热效应。物质吸放热的同时人为控制吸放热的方向进而可以实现制冷的目的。五种稀土元素合金化后可以克服单一元素存在的易氧化，稳定性差等缺点，同时扩大了材料的制冷温度区间，从而提高了材料的相对制冷容量。除此之外，高熵合金的熵稳定化作用会增强材料的磁热效应。

本发明的有益效果是：