[发明专利]一种铝铁硼磁制冷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝铁硼磁制冷材料的制备方法，包括按照Al_xFe₂B₂成分式配制原料，其中1.0≤x≤1.35；将原料熔炼成母合金锭；通过涡流加热所述母合金锭得到母合金熔体；将所述母合金熔体喷射到高速旋转的铜辊表面，得到铸态铝铁硼制冷材料；真空条件下对所述铸态铝铁硼制冷材料进行退火得到铝铁硼磁制冷材料。该方法消耗Al量较少，热处理时间较短。本发明还公开了采用铝铁硼磁制冷材料的制备方法制备得到的铝铁硼磁制冷材料。该铝铁硼磁制冷材料中的铝铁硼相纯度较高，具有较高的磁熵变。

技术领域

本发明属于磁制冷材料领域，具体涉及一种铝铁硼磁制冷材料及其制备方法。

背景技术

磁制冷是以磁性材料为工质，利用磁热效应来实现制冷的一种固态制冷技术，相比较于传统气体压缩式制冷，在能量利用效率、无气态制冷剂方面有显著优势，利于节约能源、保护环境。

磁制冷技术被认为是未来可能取代传统的气体压缩制冷，成为最有发展前景的制冷技术之一。稀土磁制冷材料具有理想的性能，现有制备磁制冷材料主要通过稀土制备磁制冷材料。

专利号为CN113444966A的中国专利公开了一种混合稀土铁硼磁制冷材料及制备方法，其材料化学组分为：RE_xRE'_1-x，Fe₁₂B₆；其中RE和RE'为稀土La、Y、Ce、Nd中任意不同元素中的一种，0.2≤x≤0.8。本发明混合稀土RE_xRE'_1-x，Fe₁₂B₆材料属于空间群，为SrNi₁₂B₆型晶体结构。本发明的稀土铁硼材料通过将原料在氩气的保护下电弧熔炼结合甩带技术制备，工艺简单，适用于工业化生产与应用。

但决定了磁制冷材料这一技术能否走出实验室、走向商用化的关键之一是寻找合适的室温温区的磁制冷材料。目前一方面高性能室温温区磁制冷材料相对较少，另一方面目前报道的高性能磁制冷材料，一般均含有稀土元素，由于稀土元素价格昂贵且含量稀少，而限制了该类材料的实际应用。其成本制约难以商业化。因此寻找高性能的非稀土磁制冷材料成为磁制冷技术应用的关键。

现发现铝铁硼(AlFe₂B₂)金属间相有较好的磁热效应，并且其成本十分理想，因而受到研究者的关注。但铝铁硼相传统的制备方法存在如下缺点:1.需要消耗50～200％的过量Al以抑制FeB相、提高铝铁硼相纯度，造成浪费；2.需要长时间热处理；3.制备出的铝铁硼相性能不一，许多研究者制备的铝铁硼相磁熵变在2～3J kg^-1K^-1(2T)，远低于4J kg^-1K^-1的理想值。

因此亟需涉及一种能够降低热处理时间，较小消耗Al量，得到铝铁硼相纯度较高、磁熵变较高的铝铁硼磁制冷材料的制备方法。

发明内容

本发明提供一种铝铁硼磁制冷材料的制备方法，该方法消耗Al量较少，热处理时间较短，制得的铝铁硼磁制冷材料中的铝铁硼相纯度较高，具有较高的磁熵变。

一种铝铁硼磁制冷材料的制备方法，包括：

(1)按照Al_xFe₂B₂成分式配制原料，其中1.0≤x≤1.35；

(2)将原料熔炼成母合金锭；

(3)通过涡流加热所述母合金锭得到母合金熔体，对所述母合金熔体进行快速凝固得到铸态铝铁硼制冷材料；

(4)真空条件下对所述铸态铝铁硼制冷材料进行退火得到最终铝铁硼磁制冷材料。