[发明专利]大非晶形成能力高磁热效应钆基块体非晶合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钆基块体非晶合金磁制冷材料技术领域，尤其涉及兼具大非晶形成能力和高磁热效应钆基块体非晶合金及其制备方法。

背景技术

近年来，环境问题受到全世界人民越来越多的关注。温室效应，雾霾天气已经严重影响了人们的正常生活，因此迫切需要开发创新环境友好，高效节能的新材料或新技术，以缓解对环境造成的污染。对比于引起温室效应和臭氧层破坏问题的传统气体压缩制冷技术，基于磁热效应的磁制冷技术表现出高效节能、绿色环保无污染、熵密度大、振动小等优良特性，被认为在冰箱、空调及超市食品冷冻系统等一系列制冷领域具有广阔的应用前景。

由于磁热效应是磁性材料的内秉属性，因此磁制冷技术的核心是磁制冷工质，经过数十年研究，世界科学家研究发现了很多磁制冷材料，如Gd₅(Si_xGe_1-x)，MnFePAs(Ga)，NiMnGa，LaFeSi及其氢化物等系列合金，这些合金系均显示巨磁热效应，居里温度附近表现出大的磁熵变，然而这些合金系均为一级相变材料，相变温区较窄，制冷效率较低。中国专利CN103088246A公开了一种稀土钴硅材料及其制备方法，(Ho_1-xEr_x)CoSi合金，0≤x≤1，其最大磁熵变值高于20Jkg^-1K^-1，然而要制备得到其单相化合物的晶体结构需要经过最长达30天的热处理过程，这对工业生产来说无疑大大增加了生产成本，限制了其产业化发展应用。

相比于以上晶体材料，具有二级相变特征的非晶磁制冷材料，虽然并不具有巨磁热效应，由于其无序的原子结构而具有较宽的磁转变温区，磁滞和热滞基本为零，制冷效率高。另外，非晶磁制冷材料还具有电阻率高、涡流小、相变温度可调以及机械性良好和高耐腐蚀性优点，能够很好地满足磁制冷工质的应用要求(如磁滞几乎为零，小的热滞和比热，大的热导和电阻，高的化学稳定性和制备方法简单等)。近年来，科研工作者探索并制备了RETMAl(RE代表稀土元素，TM代表过度族金属元素)合金体系，如DyCoAl，GdCoFe，GdCoAlZr等，然而大部分合金的形成能力有限，甚至只能制备成条带形状，因此不利于大规模生产使用。中国专利CN102691020A公开了一种GdNiAlM合金，其中M为B，Si，C，P中的一种或多种，该合金具有较高的磁熵变值(最大9.25Jkg^-1K^-1)，与最大3.5mm的形成能力。然而，该合金的非晶形成能力有限，最大只能达到3.5mm，且其居里温度最高仅83K，远远低于室温，这大大限制了该合金的应用。

为了满足现代电子电力、冰箱空调、军事民用工业发展，器件的轻量化、小型化需求，以及缓解当今社会自然环境的压力，有待开发一种具有大磁熵变值和大非晶形成能力的Gd基块体非晶磁制冷合金材料。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种大非晶形成能力高磁热效应钆基块体非晶合金及其制备方法，该材料成本低廉，并且具有大的非晶形成能力，高居里温度和大的磁热效应。

技术方案：本发明提供的一种大非晶形成能力高磁热效应钆基块体非晶合金材料的分子式为：

Gd_aCo_bAl_cSi_dFe_e

其中a、b、c、d、e分别表示对应元素的原子百分含量，且50≤a≤60，15≤b≤25，18≤c≤28，0.1≤d≤2，0≤e≤5，a+b+c+d+e＝100。

所述的a优选为53≤a≤58。

所述的b优选为18≤b≤23。

所述的c优选为22≤c≤24。

所述的d优选为0.3≤d≤1.2。

所述的e优选为1≤e≤3。

所述的钆基块体非晶合金结构为完全非晶相，直径为2.5-7mm。

所述的钆基块体非晶合金的居里温度为100-126K，最大磁熵变值为7.2-8.5Jkg^-1K^-1，磁制冷能力为600-857Jkg^-1。

本发明的大非晶形成能力高磁热效应的钆基块体非晶合金的制备方法包括以下步骤：

步骤1：将纯度不低于99％的Gd、Co、Al、Si、Fe元素按照所述分子式中的原子百分比配制原料；