[發明專利]一種氫化重稀土高熵復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011311704.2
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112575270B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 沈寶龍;邵里良;薛琳;張耀;袁子蕊;王倩倩
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C22C45/00
• 分類號: C22C45/00;C22C1/00;B22F9/04;B22F1/08;B22F1/145;H01F1/01
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開一種氫化重稀土高熵復合材料及其制備方法和應用。以各原子摩爾百分含量計，該氫化重稀土高熵復合材料的化學分子式為A₂₀B₁₈C₁₈Co₂₀Al₂₄H_x，其中，A、B、C彼此不同，分別選自Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm中的一種，且x＞0。其制備方法包括：根據高熵復合材料的化學分子式稱取相應原料；將原料熔煉、冷卻后得到母合金鑄錠；將母合金鑄錠熔融成合金熔液，吸鑄成高熵非晶合金棒材；將該棒材破碎、球磨，得高熵非晶合金粉末；將該粉末等溫吸氫處理，制得氫化重稀土高熵復合材料。本發明通過對高熵非晶合金進行等溫吸氫處理，誘導非晶基體析出稀土氫化物，大幅度提高了合金磁熵變，同時明顯降低了合金的磁滯損耗。該氫化重稀土高熵復合材料可用作磁制冷工質。

技術領域

本發明涉及一種高熵非晶合金及其制備方法和應用，特別涉及一種氫化重稀土高熵復合材料及其制備方法和應用，屬于磁制冷領域。

背景技術

近年來，基于磁熱效應的磁制冷技術受到科研工作者的廣泛關注。與傳統空氣壓縮制冷技術相比，磁制冷表現出制冷效率高、綠色環保無污染、振動噪聲小等優點，在冰箱、空調、精密儀器、航空航天等制冷領域具有廣闊應用前景，被譽為二十一世紀制冷技術。磁制冷技術的核心是磁制冷工質，經過數十年研究，科學家探索制備了眾多磁制冷材料，如GdSiGe、MnFePAs(Ga)和LaFeSi等系列合金，這些合金系均顯示巨磁熱效應，居里溫度附近表現出大磁熵變。然而上述合金系均為一級磁相變材料，相變溫區較窄、磁滯損耗較大，制冷能力較低。此外，制備得到某些單相化合物的晶體結構需經過長達30天的熱處理過程，大大增加了生產成本，限制了其產業化發展應用。

相比于晶體材料，具有二級磁相變特征的非晶磁制冷材料，由于其無序原子結構而具有較寬的磁轉變溫區、磁滯和熱滯較小、同時磁熵變值相對較大、磁制冷能力高。此外，非晶磁制冷材料還具有電阻率高、渦流小、相變溫度可調、機械性能良好和高耐磨耐蝕等優點，能夠很好地滿足磁制冷工質的應用要求。在眾多非晶磁制冷材料中，重稀土基非晶合金的性能尤為突出，已開發出Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm-基非晶合金磁制冷體系。值得注意的是，近年來，科研工作者將高熵概念引入非晶合金，設計出一系列重稀土高熵非晶合金體系，典型的如Gd₂₀Tb₂₀Dy₂₀Co₂₀Al₂₀、Gd₂₀Dy₂₀Er₂₀Co₂₀Al₂₀、Gd₂₅Ho₁₀Y₁₅Co₂₅Al₂₅等五元甚至如Gd₁₀Tb₁₀Dy₁₀Ho₁₀Er₁₀Y₁₀Ni₁₀Co₁₀Ag₁₀Al₁₀十元高熵非晶合金。高熵非晶合金的出現豐富了重稀土基非晶合金成分，同時，適當稀土主元的替換有利于優化合金性能，降低材料成本，推動非晶磁制冷材料的發展應用。

中國專利申請CN105296893A公開了一種高熵非晶合金、其制備方法及應用。合金的化學成分為A₂₀B₂₀C₂₀T₂₀Al₂₀，其中A、B、C彼此不相同，分別選自Gd、Tb、Dy、Ho、Er和Tm中的一種重稀土元素，T選自Fe、Co、Ni中的一種元素。然而，該體系中大部分成分5T外加磁場下的最大磁熵變都小于10J kg^-1K^-1，相對較低。

因此，如何有效提高重稀土高熵非晶合金的磁熵變，對其作為磁制冷材料的實際應用具有重要意義。

發明內容