【摘 要】
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Ni-Mn-Sn-X合金可在磁场作用下发生磁致结构相变而产生巨磁热效应,是一种优异的室温磁制冷材料之一。通过改变合金的成分配比、掺杂第四组元或者时效处理可以改变其马氏体相变行为、提高磁性能和磁热性能,增大制冷温度区间,从而改善和提高其磁制冷能力。本文设计并制备了Ni52-xMn40Sn8Cox（x=0,5）和Ni52-xMn40Sn8Fex（x=0,2,3,4）系列合金,并对Co/Fe元素掺杂前后
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Ni-Mn-Sn-X合金可在磁场作用下发生磁致结构相变而产生巨磁热效应,是一种优异的室温磁制冷材料之一。通过改变合金的成分配比、掺杂第四组元或者时效处理可以改变其马氏体相变行为、提高磁性能和磁热性能,增大制冷温度区间,从而改善和提高其磁制冷能力。本文设计并制备了Ni52-xMn40Sn8Cox（x=0,5）和Ni52-xMn40Sn8Fex（x=0,2,3,4）系列合金,并对Co/Fe元素掺杂前后合金组织、物相、马氏体相变、磁性能和磁热性能进行了研究;基于优选的合金,系统地研究了不同温度和时间时效处理对合金马氏体相变行为和磁性能的影响规律,并初步分析了时效影响合金性能的内在机理。研究表明Ni52-xMn40Sn8Cox合金在室温下为单相组织,Co掺杂会降低马氏体相变温度TM,降低结构熵变ΔStr,提高奥氏体居里点TCA,并降低合金的热滞后ΔThys损耗,提高合金的奥氏体饱和磁化强度Msat。7 T磁场下Ni46.6Mn39.8Sn8.4Co5.2（NMSC5）合金奥氏体不同温度下的最高饱和磁化强度相比Ni51.1Mn40.3Sn8.6（NMSC0）合金提高将近60 A·m~2/kg。Fe掺杂会大幅度降低合金的相变温度,提高ΔThys,降低ΔStr,但基本不改变TCA,并提高Msat。Ni49Mn40Sn8.4Fe2.6（NMSF2）和Ni48.9Mn40.2Sn7.7Fe3.2（NMSF3）合金在室温下均为单相组织,Ni47.5Mn40.3Sn8.3Fe3.9（NMSF4）合金析出了第二相。NMSC0合金经过时效后相变温度上升,而掺杂Co元素后的NMSC5合金时效后相变温度下降,其中时效温度为523 K时相变温度下降幅度达到峰值,ΔStr提高,ΔThys减小。NMSC5合金时效前磁熵变ΔSM饱和时的外磁场为4.5 T,制冷能力RC=379.08 J/kg,净制冷能力RCnet=257.44 J/kg。经过523 K/20 h时效后,NMSC5的TCA上升,磁致马氏体相变偏移量（35）TB增大,在更低的外磁场下即可发生磁致马氏体相变,制冷温度区间（35）TFWHM拓宽1.6 K,且ΔSM达到饱和时的外磁场降低1T,制冷能力提高,RC=427.12 J/kg,RCnet=289.25 J/kg,比时效前增大31.81 J/kg。因此,时效处理可以提高NMSC5合金的磁热效应,增大（35）TFWHM,在更低的磁场下发挥合金的制冷能力。Ni52-xMn40Sn8Fex合金经过时效后,相变温度提高,其中NMSF2合金相变温度随着时效温度升高持续上升,NMSF3和NMSF4合金在473 K温度下时效后相变温度变化达到峰值,在更高温度下时效后相变温度回复。随着时效时间的延长,合金的马氏体转变温度逐步稳定。Ni52-xMn40Sn8Fex合金时效处理后相变温度变化的幅度大于NMSC0和NMSC5合金。时效不改变Ni52-xMn40Sn8Fex合金的TCA,但会使得TM升高,使得（35）TFWHM变窄,且时效后合金的（35）TB减小,（35）M下降,因此时效不利于Ni52-xMn40Sn8Fex合金制冷能力的提高。NMSF4合金在高温时效后出现了第二相回熔现象,NMSC0合金时效后有序度下降,NMSC5合金时效后出现了新的超晶格衍射峰（331）、（511）,有序度提高,影响了TM。
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