[发明专利]一种氢化重稀土高熵复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种氢化重稀土高熵复合材料及其制备方法和应用。以各原子摩尔百分含量计，该氢化重稀土高熵复合材料的化学分子式为A₂₀B₁₈C₁₈Co₂₀Al₂₄H_x，其中，A、B、C彼此不同，分别选自Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm中的一种，且x＞0。其制备方法包括：根据高熵复合材料的化学分子式称取相应原料；将原料熔炼、冷却后得到母合金铸锭；将母合金铸锭熔融成合金熔液，吸铸成高熵非晶合金棒材；将该棒材破碎、球磨，得高熵非晶合金粉末；将该粉末等温吸氢处理，制得氢化重稀土高熵复合材料。本发明通过对高熵非晶合金进行等温吸氢处理，诱导非晶基体析出稀土氢化物，大幅度提高了合金磁熵变，同时明显降低了合金的磁滞损耗。该氢化重稀土高熵复合材料可用作磁制冷工质。

技术领域

本发明涉及一种高熵非晶合金及其制备方法和应用，特别涉及一种氢化重稀土高熵复合材料及其制备方法和应用，属于磁制冷领域。

背景技术

近年来，基于磁热效应的磁制冷技术受到科研工作者的广泛关注。与传统空气压缩制冷技术相比，磁制冷表现出制冷效率高、绿色环保无污染、振动噪声小等优点，在冰箱、空调、精密仪器、航空航天等制冷领域具有广阔应用前景，被誉为二十一世纪制冷技术。磁制冷技术的核心是磁制冷工质，经过数十年研究，科学家探索制备了众多磁制冷材料，如GdSiGe、MnFePAs(Ga)和LaFeSi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磁熵变。然而上述合金系均为一级磁相变材料，相变温区较窄、磁滞损耗较大，制冷能力较低。此外，制备得到某些单相化合物的晶体结构需经过长达30天的热处理过程，大大增加了生产成本，限制了其产业化发展应用。

相比于晶体材料，具有二级磁相变特征的非晶磁制冷材料，由于其无序原子结构而具有较宽的磁转变温区、磁滞和热滞较小、同时磁熵变值相对较大、磁制冷能力高。此外，非晶磁制冷材料还具有电阻率高、涡流小、相变温度可调、机械性能良好和高耐磨耐蚀等优点，能够很好地满足磁制冷工质的应用要求。在众多非晶磁制冷材料中，重稀土基非晶合金的性能尤为突出，已开发出Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm-基非晶合金磁制冷体系。值得注意的是，近年来，科研工作者将高熵概念引入非晶合金，设计出一系列重稀土高熵非晶合金体系，典型的如Gd₂₀Tb₂₀Dy₂₀Co₂₀Al₂₀、Gd₂₀Dy₂₀Er₂₀Co₂₀Al₂₀、Gd₂₅Ho₁₀Y₁₅Co₂₅Al₂₅等五元甚至如Gd₁₀Tb₁₀Dy₁₀Ho₁₀Er₁₀Y₁₀Ni₁₀Co₁₀Ag₁₀Al₁₀十元高熵非晶合金。高熵非晶合金的出现丰富了重稀土基非晶合金成分，同时，适当稀土主元的替换有利于优化合金性能，降低材料成本，推动非晶磁制冷材料的发展应用。

中国专利申请CN105296893A公开了一种高熵非晶合金、其制备方法及应用。合金的化学成分为A₂₀B₂₀C₂₀T₂₀Al₂₀，其中A、B、C彼此不相同，分别选自Gd、Tb、Dy、Ho、Er和Tm中的一种重稀土元素，T选自Fe、Co、Ni中的一种元素。然而，该体系中大部分成分5T外加磁场下的最大磁熵变都小于10J kg^-1K^-1，相对较低。

因此，如何有效提高重稀土高熵非晶合金的磁熵变，对其作为磁制冷材料的实际应用具有重要意义。

发明内容