[发明专利]一种高熵非晶合金、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种十元高熵非晶合金，表示其元素组分以及各组分的原子百分含量的化学分子式为Gd₁₀Tb₁₀Dy₁₀Ho₁₀Er₁₀R₁₀Ni₁₀Co₁₀T₁₀Al₁₀，其中，R选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Tm、Yb和Y中的一种稀土元素；T选自Fe、Cu和Ag中的一种元素。该高熵非晶合金具有良好的非晶形成能力和稳定性，同时在宽的温度区间内具有大的磁热效应，且通过调整元素种类实现对工作温区、磁熵变和磁制冷能力的调节，因此是一种良好的磁制冷材料，在磁制冷领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于磁制冷和材料科学领域，具体涉及一种高熵非晶合金、其制备方法及应用。

发明背景

近年来，人类社会对发展环境友好、节能高效的新型制冷技术提出了更高要求。相比传统气体压缩式制冷技术，磁制冷技术是一种基于磁性材料的磁热效应的新型固态制冷方式，采用水等环保介质作为传热流体，具有制冷效率高、噪音低、体积小、绿色环保无污染、从低温到室温附近均可适用以及应用领域广等优点。因此，新型磁制冷机作为传统制冷机的潜在替代产品，受到世界各国科技界的关注。磁制冷是通过磁制冷工质的磁热效应实现的，因此开发具有优异磁热效应的新型磁制冷工质一直以来都是磁制冷领域的关键课题，也是推动其实际应用的关键所在。

按照材料的微观结构分类，磁制冷材料包括晶态磁制冷材料和非晶态磁制冷材料。其中，非晶合金作为磁制冷材料相比于晶态磁制冷材料具备如下独特优势：1)在冻结温度附近有大的磁熵变；2)得益于非晶态合金的无序结构，磁熵变峰较宽，导致其制冷效率大于很多晶态材料；3)无序对电子散射能够增大电阻，减小涡流损耗，提高使用效率；4)在冻结温度附近及以上温度磁滞很小；5)非晶合金普遍具有良好的玻璃形成范围，通过选择不同稀土元素的组合并调节其比例可以控制材料磁转变的温度以及磁熵变的大小；6)很好的玻璃形成能力提供了宽广的过冷液相区，便于进行热处理，通过热处理不仅可以调节磁转变温度，而且可以通过控制晶化行为得到具有特殊性能的复合材料。非晶材料由于在作为磁制冷材料应用方面具有这些独特优势，因此作为磁制冷工质材料使用具有很好的应用前景，近年来逐渐开始引起人们的关注。

近期的研究成果表明非晶合金与高熵合金之间可以有互相交叉的部分，即部分高熵合金成分可在一定条件制备成具有非晶结构的合金材料，这类合金被称为高熵非晶合金。例如，中科院物理所的科研人员于2011年制备出直径为3mm的Zn₂₀Ca₂₀Sr₂₀Yb₂₀(Li_0.55Mg_0.45)₂₀块体非晶合金(Appl.Phys.Lett.,2011(98):141913.)，该合金由于其玻璃化转变温度较低，在室温时呈现出均匀流变的特点。另外，日本东北大学的科研人员用玻璃包覆提纯法制备了直径为10mm的Pd₂₀Pt₂₀Cu₂₀Ni₂₀P₂₀块体非晶合金，这也是首个临界尺寸达到厘米量级的高熵块体非晶合金(Intermetallics,2011(19):1546-1554)。