传统的制冷技术能耗大,环境污染问题突出,制冷技术行业急需革新。在众多新兴的制冷技术中,磁制冷技术由于其能量转换效率高、绿色环保、噪音小等优势成为最有潜力的一种传统制冷替代技术。磁制冷技术主要包括磁制冷材料、磁制冷样机及其相关的理论,而磁制冷材料的综合性能决定了制冷效率的高低,因此目前需要迫切解决的问题就是寻找成本低廉、无毒害、制冷区间大以及制冷效率高的磁工质材料。在众多的磁制冷材料中,过渡族金属材料Fe-Mn系合金以其原材料价格低廉,磁矩较大,性能稳定等优势而备受关注。文献资料表明Fe-Mn系合金磁性物理特征变化丰富,可以通过相关的成分设计、元素掺杂、微观结构调控等手段优化该合金材料的磁热性能。在此背景下,论文以Fe-Mn系合金为研究对象,以增强磁热效应为研究目标,分别采用成分优化、元素掺杂等手段探索了二级相变材料Fe-Mn-Al合金和一级相变材料Fe-Mn-Ni-Si-Al合金,研究了成分对其晶体结构、磁热效应和耐蚀性能等方面的影响规律和物理机制。首先设计了成分Fe_15-xMn₄₀Al_45+x（x=0、1、2、3）和Fe₁₅Mn_40-yAl_45+y（y=1、2、3）合金,研究了Fe/Mn原子对合金结构和磁性能的影响,结果表明:所有样品均为Cs Cl型体心立方结构,对于Fe₁₅Mn_40-yAl_45+y合金来说,随着Mn含量的提升,其晶格常数增大,同时其居里温度也由288K增大到330K,而在Fe_15-xMn₄₀Al_45+x合金中,随着Fe含量的变化,晶格常数和居里温度并未出现明显的变化,在5T磁场变化下,该体系材料的最大磁熵变为3.09 J/（kg?K）（x=1）,虽然磁熵变峰值比较小,但制冷量RC的数值较大,达到了179.1 J/kg。Fe-Mn-Al合金为典型的二级相变材料,没有热滞与磁滞,同时也具有良好的耐腐蚀性能。其次针对Fe-Mn-Al合金磁熵变的数值较小的问题,论文探索了Fe_0.6Mn_0.4Ni Si_1-xAl_x（x=0、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.08、0.12）系列磁制冷材料。实验结果表明,室温下随着Al含量的提升,合金会发生由Ti Ni Si型正交结构到Ni₂In型六角结构的转变,其结构相变温度和居里温度也逐渐降低,同时温度也能驱动合金发生结构转变。该合金的居里温度窗口上下限温度分别为318K和136K,马氏体相变温度在该温度范围内时发生磁与结构耦合相变,得到很大的磁熵变。该系列合金的磁结构相图显示,成分为x=0.02至0.08时,合金为磁与结构耦合的一级相变材料,其他成分为二级相变材料。在5T磁场变化下,材料的最大磁熵变达到了52.9 J/（kg?K）（x=0.04）,热滞为51K,磁滞为零,制冷量RC的数值也达到了126.5 J/kg。该合金是一种较特殊的一级相变材料,具有较大的热滞却没有磁滞。同时,该合金的耐腐蚀性能也较好。综上所述,本论文分别采用成分设计、元素掺杂、微观结构调控等手段优化了过渡族Fe-Mn系合金的磁热性能,通过调整结构相变和磁相变的温度窗口实现了两者的耦合,获得了大的磁热效应,为磁制冷的发展奠定了基础。