[發明專利]一種合金磁制冷工質及其制備方法

在審

• 申請號: 201710966825.2
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107910150A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 劉永生;于文英;陳世杰;馬新秀;張占先;司曉東;孫萬榮;林佳
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H01F1/01
• 分類號: H01F1/01;H01F41/00;C22C30/00;C22F1/16
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 王小榮

技術領域

本發明涉及制冷技術領域，具體涉及一種合金磁制冷工質及其制備方法。

背景技術

相對于傳統的氣體壓縮制冷等來說，磁制冷具有效率高、噪音低、占地面積小且在使用過程中不會產生任何污染等特點。通過磁性材料本身的磁熱效應來實現制冷，必然會成為人類解決能源和環境問題的重要途徑。但是，與其它制冷方式相比，磁制冷的技術還不太成熟，特別是室溫磁制冷的研究才剛起步沒多久，較大的熱滯和磁滯，以及較小的磁熱效應是制約磁制冷發展的關鍵。因此，如何減小熱滯和磁滯，在近室溫附近獲得較大的磁熱效應是長期以來人們一直致力解決的問題，而室溫磁制冷發展的一個重要因素就是在近室溫附近磁熱效應較小，即在室溫附近獲得較大的磁熱效應。

目前，已有研究發現，MnCoGe合金是典型的馬氏體相變合金，因其顯著的磁特性和磁熱性能被視為是一種理想的制冷工質之一，正分的MnCoGe合金是在室溫下具有正交TiNiSi結構，居里溫度為～345K；在～650K時，MnCoGe合金發生從正交TiNiSi到六角Ni₂In的結構相變。但MnCoGe合金結構相變主要發生在順磁態，磁化強度變化較小，所以沒有明顯的商業應用價值。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種成本低、制冷效率高的合金磁制冷工質及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種合金磁制冷工質，該工質的分子通式為MnCo_1-xCd_xGe，其中，所述x的取值范圍為0.04～0.06。

本發明的工質在MnCoGe合金加入了微量的Cd元素，且Cd對MnCoGe化合物Co位替代，最后制得MnCo_1-xCd_xGe合金磁制冷材料。經檢測后發現，當Cd對Co取代含量x為0.04～0.06時，居里溫度(T_C)由330K降至320K，在5T的磁場變化下，最大等溫磁熵變為：9.01Jkg^-1K^-1(x＝0.04，升場)，9.03Jkg^-1K^-1(x＝0.04，降場)，7.88Jkg^-1K^-1(x＝0.06，升場)，7.88Jkg^-1K^-1(x＝0.06，降場)。相對制冷量為：280.55Jkg^-1(x＝0.04，升場)，280.19Jkg^-1(x＝0.04，降場)，259.34Jkg^-1(x＝0.06，升場)，258.40Jkg^-1(x＝0.06，降場)；且在7T的磁場變化下，最大磁滯損耗僅為：0.824Jkg^-1和1.128Jkg^-1。與常規MnCoGe(343K，5.8JKg^-1K^-1，227JKg^-1)合金相比，明顯的改善了合金的居里溫度和磁熱效應。同時有效的減小了合金的磁滯損耗，提高了工質的制冷效率。

一種如上所述合金磁制冷工質的制備方法，包括以下幾個步驟：

(1)按摩爾比1：(1-x)：x：1將錳、鈷、鎘和鍺金屬混合，在惰性氣氛中加熱熔融并均勻混合，得到混合樣品；

(2)將混合樣品退火處理，即得所述合金磁制冷工質。

優選的，所述的惰性氣氛為氬氣氣氛。

優選的，所述的惰性氣氛中的氣壓為5～15Pa。

優選的，所述的熔融溫度為1600～2400℃。

優選的，所述的退火包括以下步驟：在惰性氣體如氬氣的保護下，于800～900℃下退火5～10天，然后在10～30℃的水中退火處理1～3min。

與現有技術相比，本發明的有益效果體現在以下幾方面：

(1)本發明通過在MnCoGe基合金的Co位摻雜微量Cd，進而有效的優化了磁性材料的居里溫度和磁熱效應；且合金在相變溫度附近的磁滯損耗較小幾乎可以忽略不計，有效的提高了制冷的效率；同時所制合金為二級相變材料，磁熱效應和可調溫寬明顯增大，又能有效的避免熱滯問題。