CN103122441B

CN103122441B - 一种拓展Ni-Mn基材料磁制冷温区的方法

Info

Publication number: CN103122441B
Application number: CN201310060746.7A
Authority: CN
Inventors: 余金科; 王戊; 薛嗣创; 郑红星
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: CN103122441A

Abstract

本发明涉及一种拓展Ni-Mn基磁制冷材料制冷温区的方法，属于磁制冷材料领域。本发明方法先对Ni-Mn基材料在1073K-1373K间进行3天的高温均匀化处理，然后对材料进行差示扫描热学分析，确定合金的有序化温度T（单位为K），随后将Ni-Mn基合金平均分成N份，N为3、4、5或6，分别封装在真空石英管中，编号依次为1、2、3…N，并分别进行不同天数的等温处理，处理温度约为0.75T，然后水淬，将不同热处理的材料合并应用于制冷系统。对热处理后的材料采用振动样品磁强计进行磁学性能分析，通过Maxwell方程计算出不同热处理下材料的磁熵变与温度关系曲线，系统整体磁制冷温区为N个材料的加权和。本发明方法的优点：操作简单，制冷温区扩展明显，材料制冷能力提高显著。

Description

一种拓展Ni-Mn基材料磁制冷温区的方法

技术领域

本发明涉及一种拓展Ni-Mn基材料磁制冷温区的方法，属磁制冷材料领域。

背景技术

制冷技术在我们日常生活中应用越来越广泛。基于气体压缩/膨胀的传统制冷技术的制冷效率低且氟利昂工质的泄漏会严重破坏大气臭氧层，因此寻找新型高效、节能环保的制冷技术已成为迫切需要解决的问题。

高新绿色的磁制冷技术与传统压缩制冷技术相比具有以下优势：（1）工质本身为固体材料且可用水来作为传热介质，消除了因使用氟利昂、氨及碳氢化合物等制冷剂所带来的环境破坏；（2）磁制冷效率高达传统气体制冷的5~10倍，节能优势显著；（3）固态工质熵密度远大于气体的熵密度，易于小型化；（4）无需压缩机，运动部件少且转速慢，可显著降低振动与噪声，可靠性高，寿命长，便于维修。目前，该技术已经在低温领域得到了广泛应用，但在室温领域还处于探索阶段。如何提高室温磁制冷材料制冷能力是科研工作者研究的重点。要获得强制冷能力，主要有两种途径：（1）施加高磁场；（2）寻找具有较高磁热效应的制冷材料。前者可以通过采用超导磁体来解决，但成本昂贵，工业应用中很难推广。因此，较为可行的办法是寻找具有高性能磁制冷材料。

Ni-Mn基材料作为磁制冷研发倍受青睐，但是制冷温区较窄，极大制约了系统制冷能力的提高，因此拓展制冷温区，对于提高其磁热性能非常重要。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种拓展Ni-Mn基材料磁制冷温区的方法，以显著提高材料的制冷能力。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种拓展Ni-Mn基材料磁制冷温区的方法，具有以下过程和步骤：

a)对Ni-Mn基材料进行高温均匀化处理，处理温度范围为1073K-1373K，处理时间为3天；

b)对均匀化处理后的Ni-Mn基材料在637K-1037K温度区间进行差示扫描热学分析，升降温速度为10K/min，通过升降温曲线热流峰跳跃确定合金的有序化温度T（单位为K）；

c)将均匀化处理后的Ni-Mn基材料平均分成N份，N为3、4、5或6，分别封装在真空石英管中，编号依次为1、2、3…N，按照其编号分别进行相应天数的等温处理，处理温度为0.75T，然后水淬；

d)将步骤c)中经过不同时间热处理的N份Ni-Mn基材料合并，同时应用于制冷系统中；对等温处理后的Ni-Mn基材料采用振动样品磁强计测量出不同材料在磁场下磁化强度与温度的关系曲线，然后通过Maxwell方程计算出不同状态下材料的磁熵变与温度关系曲线，系统整体磁制冷温区为N份材料合并后的加权和。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的优点：

本发明方法操作简单，制冷温区扩展明显，材料的制冷能力提高比较显著。

具体实施方式

现对本发明方法通过具体实施例进一步说明如下：

实施例1

采用高真空电弧炉在高纯氩气保护下制备Ni₅₀Mn₃₇Sn₁₃材料，将该材料首先在1173K的温度下进行3天的高温均匀化处理，然后在637K-1037K温度区间对材料进行差示扫描热学分析，升降温速度为10K/min，通过升降温曲线热流峰跳跃确定材料的有序化温度为923K，进而确定该合金的后续热处理温度为690K，然后将高温均匀化退火后的材料平均切成6份，分别封装在真空石英管中，依次编号为1、2、3、4、5、6，对以上材料在690K温度下分别进行1天、2天、3天、4天、5天、6天的等温热处理，然后水淬；随后对6个材料采用振动样品磁强计进行性能分析，分别测得1号材料的制冷温区范围为280K~285K；测得2号材料的制冷温区范围为283K~289K；测得3号材料的制冷温区范围为286K~294K；测得4号材料的制冷温区范围为290K~297K；测得5号材料的制冷温区范围为294K~302K；测得6号材料的制冷温区范围为397K ~306K。合并使用上述六个材料，整体系统的制冷温区范围为280K~306K，相比1、2、3、4、5、6六个试样制冷温区分别扩大420%、333%、225%、271%、225%、189%。

实施例2

采用高真空电弧炉在高纯氩气保护下制备Ni₄₇Mn₃₂Ga₂₁材料，将该材料首先在1353K的温度下进行3天的高温均匀化处理，然后在637K-1037K温度区间对材料进行差示扫描热学分析，升降温速度为10K/min，通过升降温曲线热流峰跳跃确定材料的有序化温度为1000K，进而确定该合金的后续热处理温度为750K，然后将高温均匀化退火后的材料平均切成4份，分别封装在真空石英管中，依次编号为1、2、3、4，对以上材料在750K温度下分别进行1天、2天、3天、4天的等温热处理，然后水淬；随后对4个材料采用振动样品磁强计进行性能分析，分别测得1号材料的制冷温区范围为345K~351K；测得2号材料的制冷温区范围为347K~355K；测得3号材料的制冷温区范围为354K~363K；测得4号材料的制冷温区范围为360K~370K。合并使用上述四个材料，整体系统的制冷温区范围为345K~370K，相比1、2、3、4四个试样制冷温区分别扩大317%、213%、178%、150%。

实施例3

采用高真空电弧炉在高纯氩气保护下制备Ni₅₀Mn₃₅In₁₅材料，将该材料首先在1123K的温度下进行3天的高温均匀化处理，然后在637K-1037K温度区间对材料进行差示扫描热学分析，升降温速度为10K/min，通过升降温曲线热流峰跳跃确定材料的有序化温度为900K，进而确定该合金的后续热处理温度为673K，然后将高温均匀化退火后的材料平均切成5份，分别封装在真空石英管中，依次编号为1、2、3、4、5，对以上材料在673K温度下分别进行1天、2天、3天、4天、5天的等温热处理，然后水淬；随后对5个材料采用振动样品磁强计进行性能分析，分别测得1号材料的制冷温区范围为305K~310K；测得2号材料的制冷温区范围为308K~314K；测得3号材料的制冷温区范围为312K~320K；测得4号材料的制冷温区范围为316K~323K；测得5号材料的制冷温区范围为319K~328K。合并使用上述五个材料，整体系统的制冷温区范围为305K~328K，相比1、2、3、4、5五个试样制冷温区分别扩大360%、283%、188%、229%、156%。

Claims

1.一种拓展Ni-Mn基材料磁制冷温区的方法，其特征在于，具有以下过程和步骤：

b)对均匀化处理后的Ni-Mn基材料在637K-1037K温度区间进行差示扫描热学分析，升降温速度为10K/min，通过升降温曲线热流峰跳跃确定合金的有序化温度T；

d)将步骤c)中经过不同时间等温处理的N份Ni-Mn基材料合并，同时应用于制冷系统中；对等温处理后的Ni-Mn基材料采用振动样品磁强计测量出不同材料在磁场下磁化强度与温度的关系曲线，然后通过Maxwell方程计算出不同状态下材料的磁熵变与温度关系曲线，系统整体磁制冷温区为N份材料合并后的加权和。