一种Ti掺杂提高Ni-Co-Mn-Sb-In可逆磁热效应的哈斯勒合金及其制备方法

本发明属于磁性材料，具体涉及一种ti掺杂提高ni-co-mn-sb-in可逆磁热效应的哈斯勒合金及其制备方法。

背景技术：

1、传统气体压缩制冷技术已经广泛应用于各行各业，但其存在两个明显的缺陷：一是制冷效率低，卡诺循环效率仅为5%~10%；二是使用的制冷剂会造成“臭氧空洞”、“温室效应”等环境问题。因此，寻找一种高效、节能及环保的替代制冷方案是科学家们孜孜不倦的追求。与传统气体压缩制冷技术不同，磁制冷以磁性固态材料为制冷工质，不会造成“臭氧空洞”、“温室效应”等环境问题。此外，磁制冷技术的制冷效率高，其卡诺循环效率可达到30%~60%。基于以上优势，磁制冷技术极具潜力取代传统的压缩制冷技术而成为国际上竞相研发的高新技术之一。

2、在磁制冷技术的发展过程中，ni-mn-sb基哈斯勒合金受到了广泛的研究。研究人员发现ni-mn-sb基哈斯勒合金在发生马氏体相变时晶格自由度和自旋自由度之间存在强烈的耦合作用，从而在磁场作用下会发生磁致马氏体相变从而获得磁热效应。目前，国内外研究者在ni-mn-sb基合金的磁热效应优化和制备方面开展了大量研究，开发出了具有大磁热效应的的合金。对于ni-mn-sb基合金，其在第一次升磁场过程中通常可以获得大的磁热效应。然而，其在之后的降磁场和升磁场的场循环过程中由于磁致马氏体相变不可逆或可逆性低，从而导致磁热效应消失或者变小。事实上，磁热材料在实际应用时需要在升磁场和降磁场的循环磁场中使用。因此，只有可逆磁热效应（第二次及之后场循环过程中获得的磁热效应）才具有实用价值。目前已报道的ni-mn-sb基合金在不超过5 t的磁场下的可逆磁热效应并不理想，严重限制了该类合金在磁制冷领域的工业应用。

技术实现思路

1、针对背景技术所提内容，本发明的目的在于提供一种ti掺杂提高ni-co-mn-sb-in可逆磁热效应的哈斯勒合金及其制备方法；本发明在ni-co-mn-sb-in合金中，通过ti元素取代ni元素来提高磁致马氏体相变和磁热效应的可逆性，从而拓宽合金的应用范围。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明提供了一种ti掺杂提高ni-co-mn-sb-in可逆磁热效应的哈斯勒合金，所述合金的化学分子式为ni50-x-ytixcoymn40sb6in4，合金中元素的百分数之和为100%，其中1.5≤ x ≤ 2.5，6 ≤ y ≤ 8。

4、进一步地，所述合金的化学分子式为ni42-xtixco8mn40sb6in4，其中1.5 ≤ x ≤2.5。

5、进一步地，所述合金的化学分子式为ni40.5ti1.5co8mn40sb6in4或者ni40ti2co8mn40sb6in4；在5 t磁场下，该合金材料中可发生可逆磁致马氏体相变的奥氏体体积分数变化范围为65.7%－92.9%，可逆磁熵变变化范围为15.9－16.8 j/kg·k。

6、本发明还提供了上述ti掺杂提高ni-co-mn-sb-in可逆磁热效应的哈斯勒合金的制备方法，包括如下步骤：

7、1）原料配比：根据化学分子式的原子百分比配料；所述原料中ni、ti、mn、sb和in的纯度均为99.99 wt.%，co的纯度为99.98 wt.%；

8、2）制备合金铸锭：将步骤1）备好的原料放至电弧熔炼炉水冷铜模中，电弧炉腔体抽真空至5×10‒3pa后，充入氩气0.05 mpa，在电磁搅拌下进行电弧熔炼，反复熔炼5次，得到ni-ti-co-mn-sb-in合金的多晶铸锭；

9、3）热处理：将步骤2）所得ni-ti-co-mn-sb-in合金铸锭放置于石英管中，然后抽真空及反充氩气；将装有合金铸锭的石英管放置于1173 k的热处理炉中保温9 h，然后在冷水中淬火，得到所述的ni-ti-co-mn-sb-in哈斯勒合金。

10、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

11、1）通过掺杂ti元素提高了ni42co8mn40sb6in4合金磁致马氏体相变和磁热效应的可逆性。ni40.5ti1.5co8mn40sb6in4合金和ni40ti2co8mn40sb6in4合金在5 t磁场下的可逆磁熵变分别为15.9 j/kg·k和16.8 j/kg·k。与目前已报道的ni-mn-sb基合金相比，本发明的合金具有更高的马氏体相变可逆性和较大的可逆磁热效应，是一种极具应用前景的磁制冷合金。

12、2）本发明哈斯勒合金所需原材料ni、ti、co、mn、sb和in价格低廉，是理想的非稀土磁制冷候选材料。

技术特征：

1.一种ti掺杂提高ni-co-mn-sb-in可逆磁热效应的哈斯勒合金，其特征在于，所述合金的化学分子式为ni50-x-ytixcoymn40sb6in4，合金中元素的百分数之和为100%，其中1.5 ≤x ≤ 2.5，6 ≤ y ≤ 8。

2.根据权利要求1所述的ti掺杂提高ni-co-mn-sb-in可逆磁热效应的哈斯勒合金，其特征在于，所述合金的化学分子式为ni42-xtixco8mn40sb6in4，其中1.5 ≤ x ≤ 2.5。

3.根据权利要求1所述的ti掺杂提高ni-co-mn-sb-in可逆磁热效应的哈斯勒合金，其特征在于，所述合金的化学分子式为ni40.5ti1.5co8mn40sb6in4或者ni40ti2co8mn40sb6in4；在5t磁场下，该合金材料中可发生可逆磁致马氏体相变的奥氏体体积分数变化范围为65.7%－92.9%，可逆磁熵变变化范围为15.9－16.8 j/kg·k。

4.权利要求1-3任一项所述ti掺杂提高ni-co-mn-sb-in可逆磁热效应的哈斯勒合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种Ti掺杂提高Ni‑Co‑Mn‑Sb‑In可逆磁热效应的哈斯勒合金及其制备方法，属于磁性材料技术领域。本发明Ni‑Ti‑Co‑Mn‑Sb‑In哈斯勒合金的化学分子式为Ni<subgt;50‑x‑</subgt;<subgt;y</subgt;Ti<subgt;x</subgt;Co<subgt;y</subgt;Mn<subgt;40</subgt;Sb<subgt;6</subgt;In<subgt;4</subgt;，合金中原子百分数之和为100%，其中1.5≤x≤2.5，6≤y≤8。本发明按配比称取原料，真空电弧炉多次翻转熔炼制备多晶合金铸锭，在高纯氩气保护下退火，然后在冷水中淬火，从而制备出Ni‑Ti‑Co‑Mn‑Sb‑In哈斯勒合金材料。本发明的合金在5 T磁场下，可发生可逆磁致马氏体相变的奥氏体体积分数变化范围为65.7%－92.9%，可逆磁熵变的范围为15.9－16.8 J/kg·K。本发明通过掺杂Ti元素提高了合金中磁致马氏体相变的可逆性和可逆磁熵变；与现有Ni‑Mn‑Sb基合金相比，本发明Ni‑Ti‑Co‑Mn‑Sb‑In哈斯勒合金具有更高可逆性的磁致马氏体相变和大的可逆磁热效应，可用于磁制冷领域。技术研发人员：瞿玉海,黄湘雯,李家童,毛弋鑫,孙鹏,彭文屹受保护的技术使用者：南昌大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18