[發明專利]一種Fe-Mn-Al磁制冷材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811043500.8
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109338186A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 鄭志剛;雷磊;曾德長;邱兆國
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C22C22/00
• 分類號: C22C22/00;C22C1/02;C22F1/02;C22F1/16;H01F1/01
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;馮振寧

本發明公開了一種Fe?Mn?Al磁制冷材料及其制備方法。該磁制冷材料的化學通式為Fe_15?xMn₄₀Al_45+x(x=0，1,2或3)或Fe₁₅Mn_40?yAl_45+y(y=1,2或3)。該磁制冷材料的制備方法為：（1）將金屬元素Fe、Mn、Al混合;（2）將步驟（1）混合的原料進行反復熔煉，得到成分均勻的合金鑄錠；（3）將熔煉后的樣品放在真空石英管中退火處理，退火溫度為995?1005℃，退火時間為167?169h。本發明的磁制冷材料與傳統的磁制冷材料相比原材料價格低廉，而且制備工藝簡單，加工成型性好，且化合物本身的耐腐蝕性，延展性較好。

技術領域

本發明涉及磁性材料領域，具體涉及一種Fe-Mn-Al磁制冷材料及其制備方法。

背景技術

磁制冷技術是以基本不升華的固態材料為工質，通過磁場的施加與去除，達到熱量的轉換，實現制冷的目的，滿足綠色環保的要求。經研究發現磁制冷的制冷效率遠高于氣體膨脹制冷效率，在熱效率方面，磁制冷可以達到卡諾循環的30％-60％，而依靠氣體壓縮膨脹的制冷循環一般只能達到5％-10％，因此磁制冷技術具有良好的應用前景。磁制冷技術最突出的優點是以環保的固態制冷材料取代了對大氣臭氧層有破壞作用的氟里昂制冷劑，因此磁制冷技術被稱為無污染的綠色環保制冷技術。

磁制冷技術中，非常重要的一個研究環節就是磁制冷材料。如今，室溫磁制冷材料的研究主要集中在Gd₅(Si_xGe_1-x)₄,La(Fe_xSi_1-x)₁₃，和Mn基化合物這三類材料，他們都展示了巨磁熱效應，尤其是MnFe基合金，其磁熵變更是巨大。但同時，這類磁熱效應巨大的材料往往都是一級相變，發生磁性轉變時伴隨著結構和體積變化，表現出較大的熱滯,熱滯對制冷是有阻礙作用的，熱滯使體系的能量不能很好地在熱端和冷端交流傳遞，從而影響磁制冷機的效率。二級相變材料雖然沒有熱滯，但磁熱效應較小，制冷速率會很慢。所以，一級相變材料和二級相變材料各有優點，若能取長補短，即找到一種熱滯較小同時磁熱效應較大的材料，這樣就能實現磁制冷技術的重大發展。

早在1977年，Chakrabarti就發現了Fe-Mn-Al合金在一定成分范圍內存在著磁性轉變，且其居里溫度在室溫附近。2009年，Paduani發現低鐵含量的Fe-Mn-Al合金磁化強度在居里溫度附近存在陡降，他猜測相變溫度處發生類似馬氏體相變的結構轉變。王芳等人也研究了Mn₄₂Fe_50-xAl_8+x的磁熱效應(王芳,原鳳英，汪金芝.Mn₄₂Al_50-xFe_8+x合金的磁性和磁熱效應[J].物理學報.2013(16):167501)，發現他是一種良好的可逆的二級相變的室溫磁制冷材料，但是此類材料的等溫磁熵變峰值也較低，是后續需要克服的一個問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Fe-Mn-Al磁制冷材料及其制備方法，并研究了其磁熱性能與結構性質，探究了Fe原子與Mn原子對合金磁熱性能的影響，該合金與傳統的磁制冷材料相比，原材料價格低廉，而且制備工藝簡單，加工成型性好，而且化合物本身結構穩定，延展性較好。

本發明的目的通過下述技術方案實現。