[发明专利]一种Ni-Co-Mn-Sb-Al磁致冷材料及其制备方法

说明书

一种Ni‑Co‑Mn‑Sb‑Al磁致冷合金材料及其制备方法，所述Ni‑Co‑Mn‑Sb‑Al材料的化学通式为Ni₄₆Co₄Mn₃₈Sb_12‑xAl_x，其中0≤x≤0.5。本发明通过原料配比，真空电弧多次反复熔炼，制备铸态合金锭，退火处理，从而制备出Ni‑Co‑Mn‑Sb‑Al磁制冷合金块体。本发明制备的磁制冷材料的磁熵变大，制冷效果好，机械性能好，易于加工，制备方法简单易操作，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于磁性功能材料领域，具体涉及一种Ni-Co-Mn-Sb-Al磁致冷材料及其制备方法。

背景技术

制冷技术为人们日常的生产和生活提供了便利。传统的蒸汽压缩冷却技术由于会产生大量的温室气体，损害臭氧层，而具有磁热效应的磁制冷技术不会产生任何气体，具有环保性，因此基于磁热效应的磁制冷技术，是传统蒸汽压缩冷却技术的理想替代方案，研制具有大的磁热效应材料是磁制冷技术的关键因素之一。

具有巨磁热效应的室温磁制冷材料，如LaFe_xSi_1.4H_y、Gd₅(Si_XGe_1-X)₄、MnFeP_1-xSi_x、Mn₃GaN、MnCoGe和Ni-Mn-Ga的发现，推动了磁制冷技术的发展。其中，Ni-Mn-Ga铁磁形状记忆合金依靠磁场驱动孪晶界或相界面的运动引起马氏体相变重组，从而产生大的磁熵变。据报道，在0-50kOe，Ni_55.4Mn_20.0Ga_24.6单晶在相变温度附近，其等温磁熵变数值可高达-86J/(kgK)。但是，Ni-Mn-Ga铁磁形状记忆合金在实际应用时，存在单晶制作困难，多晶态易脆，成本高昂等问题。近年来，Ni-Mn-X(X＝In，Sn，Sb)哈斯勒合金由于存在晶体结构和磁性耦合的一阶相变，具有与Ni-Mn-Ga类似的磁致冷特性而引起人们广泛关注。与Ni-Mn-Ga磁诱导界面应变机制不同，Ni-Mn-X(X＝In，Sn，Sb)合金的磁热机制是磁场诱导马氏体相变，即在外加磁场作用下，从高温降到低温时，合金结构由奥氏体转变为马氏体，同时伴随吸热现象，是合金的内禀体效应。此外，研究发现通过改变Mn和X(X＝In、Sn、Sb)的比例，可连续调节Ni-Mn-X(X＝In、Sn、Sb)的相变温度，且伴随磁性形状记忆效应、磁电阻效应等其他物理现象。

2008年，Han Z.D.等人发现Ni₅₀Mn₃₈Sb₁₂合金在ΔB＝10kOe时，磁熵变为3.0J/kgK，50kOe时，磁熵变为12.1J/kgK，该成果发表在J Appl Phys,2008,104(5):053906上。2016年，Zhang X.X.等人通过在Ni-Mn-Sb合金中掺杂Si降低Ni_49.0Mn_38.4Sb_11.7Si_0.9合金的磁滞，在325K、ΔB＝50kOe，相变温度间隔为7K时，磁熵变为9.4J/kgK，该成果发表在J Magn MagnMater 428(2017)464–468上。从这些成果中，我们发现，现有的磁制冷材料Ni-Mn-Sb合金的磁熵变数值还有待提高。

针对磁制冷材料Ni-Mn-Sb合金，为了增大它的制冷能力，一般的做法是通过掺杂第四种元素，降低相变滞后，减少了磁滞损耗，或者是增大外加磁场的大小，提高磁熵变，从而达到增大制冷能力的目的。但是这两种做法对Ni-Mn-Sb合金磁熵变和磁制冷能力的提高有限。

发明内容

针对现有技术中，磁制冷材料Ni-Mn-Sb合金磁熵变和磁制冷能力较小的问题，本发明提供了一种Ni-Co-Mn-Sb-Al合金材料及其制备方法，该合金的磁熵变和磁制冷能力相对于Ni-Mn-Sb合金都有大幅度的提高。