Sn含量调控的Cu50 Mn25 Al25-y Sny 中熵赫斯勒合金多性能协同优化机制研究

为解决中熵赫斯勒合金性能可调性问题，研究人员通过CALPHAD模拟与实验结合，系统探究了Sn含量对Cu50 Mn25 Al25-y Sny 合金相组成、微硬度、电/热导率及磁性的影响。结果表明，Sn含量增加可降低熔点、提升微硬度，同时调控导电性与磁性能，为功能材料设计提供新策略。

　　

研究背景与意义
赫斯勒合金(Heusler)作为典型的X₂
YZ型金属间化合物，因其L2₁
晶体结构（四个穿插的面心立方亚晶格）和独特的磁热效应、形状记忆效应等特性，成为功能材料研究热点。然而，传统赫斯勒合金性能调控多局限于高熵或低熵体系，对中熵体系（如Cu-Mn-Al-Sn）的多性能协同优化机制尚不明确。特别是Sn元素对合金相稳定性、力学与电磁性能的定量影响缺乏系统研究，制约了其在传感器、磁制冷等领域的应用。

研究机构与方法
来自国内的研究团队采用理论模拟与实验验证相结合的策略：首先基于CALPHAD（相图计算）方法通过Pandat软件预测Cu₅₀
Mn₂₅
Al_25-y
Sn_y
（y=0-25）的平衡相图，筛选出4组代表性成分进行电弧熔炼制备；随后通过X射线衍射、显微硬度测试、四探针电导率测量、振动样品磁强计(VSM)等技术全面表征合金的结构-性能关系。

研究结果

1. 相组成调控
   CALPHAD模拟显示Sn含量增加会显著改变液相线与固相线温度，实验证实所有合金均形成L2₁
   主相，但实际相比例与模拟存在差异，表明动力学因素对相形成具有重要影响。

2. 热力学与力学性能
   随着Sn含量从0增至25 at.%，合金熔点峰值下降约120°C，符合模拟趋势；微硬度值提升35%，归因于Sn原子引起的晶格畸变强化。

3. 电磁性能演变
   电导率与电子热导率随Sn含量增加呈线性下降，而磁性能呈现复杂变化：饱和磁化强度(M_s
   )和剩磁(M_r
   )降低，但矫顽力(H_c
   )同步减小，表明Sn可能通过改变Mn-Mn交换作用调控磁畴结构。

结论与展望
该研究首次揭示了Sn元素对中熵赫斯勒合金的多性能耦合调控机制：通过改变相平衡热力学、晶格畸变程度和电子结构，实现熔点-硬度-导电性-磁性的协同优化。这一发现为开发可定制化功能材料提供了新思路，例如通过成分梯度设计实现热-电-磁多功能集成器件。论文发表于《Materials Today Communications》，其方法论对其它中高熵合金体系的研究具有普适性参考价值。