[发明专利]一种Ni-Co-Mn-Sn磁制冷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Ni‑Co‑Mn‑Sn磁制冷材料及其制备方法，其化学通式为：Ni_43‑xCo_xMn₄₆Sn₁₁,式中0≤x≤3。该方法包括下述步骤：（1）将金属原料按比例称重混合，Mn添加一定的余量；（2）将上述混合原料在氩气的保护下进行反复熔炼，得到成分均匀的合金铸锭；（3）将上述合金在氩气保护下进行溶体快淬，得到Ni‑Co‑Mn‑Sn磁制冷材料。本发明合金薄带通过Co元素的添加，提高了奥氏体的饱和磁化强度与合金的居里温度，使得该合金带材在室温附近有较好的磁热性能。该材料在磁化过程中表现出二级相变，几乎没有热滞和磁滞，且制备工艺简单、成本低廉，适合于工业化生产与实际应用。

技术领域

本发明涉及磁性材料领域，具体涉及一种Ni-Co-Mn-Sn磁制冷材料及其制备方法。

背景技术

随着全球能源危机的日益严重以及环境的日益恶化，传统的气体压缩制冷技术面临着前所未有的挑战，据统计制冷业耗能占全社会总耗能的15%以上，人们对新的制冷技术关注度也在迅速增加。目前的制冷技术主要有气体压缩制冷、磁制冷、液体气化制冷和热电制冷等多种方式。与传统气体压缩制冷技术相比，磁制冷技术以固体磁性材料为工质，借助磁性材料的磁卡效应实现制冷，具有体积小、高效节能和环境友好等一系列优点，被认为是最有前途的绿色制冷技术之一。

作为绿色环保的制冷技术，磁制冷已经受到全球的关注。近年来，几类在室温范围具有巨磁热效应的材料，如：Gd-Si-Ge，Ni-Mn-Sn，Mn-Fe-P-Si和La-Fe-Si等合金。这些材料共同特点是磁相变伴随着显著的晶体结构的变化（一级相变材料），使得其磁热效应明显高于传统磁制冷材料Gd（二级相变材料）。然而工作时，一级相变材料在磁相变温度（即合金的居里温度）附近往复循环而导致材料晶格体积发生“膨胀-收缩-膨胀-收缩……”的规律性变化，多次循环后必将导致材料的粉化，从而严重制约其在磁制冷机上的应用。同时熔炼后的块体合金需要高温退火七天甚至更长时间，能源耗费惊人，且由于块体合金脆性大，导致难以进行后续的加工处理，严重限制了实际应用。

近年来，磁制冷领域的研究逐渐转向了二级相变材料，Ni-Mn-Sn合金材料以其较好的磁热性能和低廉的成本成为研究的热点，但由于三元Ni-Mn-Sn合金的居里温度低于室温，限制了该类材料应用的温度区间。近期的研究发现，添加Co元素可以有效的提高居里温度以及奥氏体相的磁化强度，从而提高磁熵变化。近年来在磁制冷材料的制备工作中，熔体快淬法的方法得到广泛的应用。这种方法不仅能够细化晶粒、改善合金脆性，而且能够制备出适合实际应用的薄带材料（薄带材料热交换快且退磁影响小）。因此，设计开发出居里温度在室温附近的二级相变合金薄带对推动磁制冷材料的发展具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种Ni-Co-Mn-Sn磁制冷材料，该材料是一种居里温度在室温附近且具有较大磁熵变的多晶Ni-Co-Mn-Sn合金薄带。

本发明的另一个目的在于提供上述Ni-Co-Mn-Sn磁制冷材料的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现。

一种Ni-Co-Mn-Sn磁制冷材料，其化学通式为：Ni_43-xCo_xMn₄₆Sn₁₁,式中0≤x≤3。

优选地，所述x为0、1、2或3.

优选地，所述材料为Ni-Co-Mn-Sn合金薄带。

优选地，所述材料为二级相变材料。

上述磁制冷材料的制备方法，包括下述步骤：