【摘 要】
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Ni-Mn-In系合金由于具有大的磁热效应,而被认为是一种有效的磁制冷材料。然而,磁制冷循环的不可逆性是实际应用的主要挑战。不可逆性与一级马氏体相变中的热滞后直接相关。实际上,提高相变对磁场的敏感性与降低相变滞后是两种提高可逆性的有效方法。本论文通过真空电弧熔炼炉熔炼制备了名义成分为Ni50xCoxMn36.5In13.5（x=0,1,2,3,4,4.5,5）,Ni45Co5Mn36.5GaxIn
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Ni-Mn-In系合金由于具有大的磁热效应,而被认为是一种有效的磁制冷材料。然而,磁制冷循环的不可逆性是实际应用的主要挑战。不可逆性与一级马氏体相变中的热滞后直接相关。实际上,提高相变对磁场的敏感性与降低相变滞后是两种提高可逆性的有效方法。本论文通过真空电弧熔炼炉熔炼制备了名义成分为Ni50xCoxMn36.5In13.5（x=0,1,2,3,4,4.5,5）,Ni45Co5Mn36.5GaxIn13.5-x（x=0,1,2,3）,Ni45C05Mn36.5GexIn13.5x（x=0,1,2,3,4,5,6）系列合金。首先,通过Co元素的掺杂提高相变对磁场的敏感性;并引入Ga、Ge元素,在保持较大敏感性的同时,最大限度的降低相变滞后;最终,通过确定最优化成分合金,获得处于室温附近、宽工作温区的大可逆磁热效应。主要结论如下:Ni50-xCoxMn36.5In3.5（x=0,1,2,3,4,4.5,5）合金中,随着Co含量的增加,合金相变温度逐渐降低,居里温度逐渐升高,转变熵（ΔStr）逐渐减小。Co元素的掺杂增大了相变对磁场的敏感度,1.5T磁场下,奥氏体相变温度降低10.4K;5T磁场下,奥氏体相变温度降低47.8 K。1.5 T磁场下,于266 K取得最大绝热温变值（ΔTad）4.2 K,于264 K取得最大可逆绝热温变值-1.2 K。Ni45Co5Mn36.5GaxIn13.5-x（x=0,1,2,3）合金中,随着Ga含量的增加,马氏体相变温度升高,居里转变温度基本不变,相变滞后减小。通过热磁曲线分析,确定Ni45Co5Mn36.5 Ga1In12.5合金为最优成分合金。利用克劳修斯-克拉柏龙公式计算,首次场循环的最大磁熵变（ΔSm）为16.9 Jkg-1K-1,在工作温区260-288 K的有效制冷能力（RCeff）为209.5 Jkg-1,于264 K取得最大可逆磁熵变值15.1 Jkg-1K-1。Ni45Co5Mn36.5GexIn13.5-x（x=1,2,3,4,5,6）合金中,随着Ge含量的增加,马氏体相变温度升高,居里转变温度降低。相变滞后先减小后增大,相变矩阵U的中间特征值λ2先增大后减小;Ge含量为4%时,相变滞后取得最小值4.1K,λ2取得最接近1的值0.9975;因此,确定了相变滞后与几何兼容性的关系。分析确定Ni45Co5Mn36.5Ge2In11.5合金为最优成分合金。通过克劳修斯-克拉柏龙公式计算,首次场循环的最大磁熵变为21.9 Jkg-1K-1,在工作温区266-290K内有效制冷能力为321.3 Jkg-1;在268-274 K温度区间内具有几乎完全的可逆磁熵变,最大可逆磁熵变为 21.5 Jkg-1K-1。
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