钪掺杂诱导第二相形成实现Ni-Co-Mn-Ti合金超低磁滞与宽温域磁制冷性能突破

为解决Ni-Co-Mn-Ti合金磁滞损耗高、制冷温域窄的问题，研究人员通过引入稀土元素Sc诱导第二相形成，显著降低磁滞损耗（70%降至29.3 J/kg），拓宽制冷温域并提升机械性能，为高效磁制冷材料设计提供新策略。

　　

随着全球变暖加剧，传统气体压缩制冷的环境问题日益突出。磁制冷技术因其环保、高效和低噪音等优势成为研究热点，其中Ni-Mn基赫斯勒合金（Heusler alloys）因巨磁热效应（GMCE）和低成本备受关注。然而，这类材料存在磁滞损耗高、制冷温域窄和本征脆性等问题，严重制约其实际应用。例如，Ni₅₀
Mn₃₄
In₆
合金在5 T磁场下磁滞损耗高达77.01 J/kg，导致制冷容量下降40%。

针对这些问题，中国科学院的研究团队在《Journal of Rare Earths》发表论文，通过钪（Sc）掺杂诱导第二相形成，显著优化了Ni-Co-Mn-Ti合金的性能。研究采用电弧熔炼法制备Ni₃₇
Co₁₃
Mn₃₅
Ti_15–x

Sc_x

（x
= 0-2）合金，结合扫描电镜（SEM）、差示扫描量热法（DSC）和磁性能测试等技术，系统分析了Sc含量对微观结构和磁热性能的影响。

实验结果

1. 微观结构分析：Sc掺杂量≥1.5 at%时，SEM观察到明显的第二相析出，其钉扎效应阻碍马氏体完全相变，延缓磁熵释放。
2. 磁热性能：Sc含量为2 at%时，磁滞损耗从97.75 J/kg降至29.3 J/kg（降幅70%），制冷温域拓宽至45 K，有效制冷容量（RC_eff
   ）逆势增长。
3. 机械性能：第二相强化使合金压缩强度提升至571.8 MPa，应变能达22%。

结论与意义
该研究通过Sc掺杂调控第二相形成，首次在Ni-Co-Mn-Ti体系中实现磁滞损耗与温域的协同优化。其创新性在于：（1）第二相作为成核位点降低相变能垒，减少磁滞；（2）多相共存实现“类平台型”磁熵变曲线，拓宽温域；（3）韧性第二相显著改善合金机械加工性。这一策略为开发高性能磁制冷材料提供了新思路，推动固态制冷技术实用化进程。