低温时效调控Ni-Co-Mn-Sn合金原子有序度与磁热效应的协同增强机制

本研究通过523 K低温时效处理（0-1200 min）系统探究了Ni47Co5Mn40Sn8合金马氏体相变(MT)、磁热效应(MCE)及原子有序度的演化规律。发现时效通过扩散受限的有序化过程提升L21结构有序度，使磁熵变增至32.9 J/(kg·K)，临界饱和磁场从6.0 T降至2.5 T，为低场高效磁制冷材料设计提供新策略。

　　

在追求绿色高效制冷技术的时代背景下，固态磁制冷技术因其零温室气体排放的特性成为研究热点。其中，Ni-Mn基铁磁形状记忆合金（FSMAs）展现出的巨磁热效应（GMCE）尤为引人注目，但传统高温热处理在优化性能时往往伴随晶粒粗化、成分偏析等副作用。如何在不改变合金成分的前提下精确调控其磁热性能，成为制约该材料实用化的关键瓶颈。

哈尔滨工业大学（国内研究机构）的研究团队在《Materials Today Physics》发表的研究中，创新性地采用低温时效策略（523 K），通过原子尺度有序化工程成功实现了Ni₄₇Co₅Mn₄₀Sn₈合金磁热性能的突破性提升。研究揭示，这种"温和"的热处理方式通过缺陷辅助扩散机制重构原子排列，在保留细晶微观结构的同时，显著增强了磁结构耦合效应。

关键技术方法包括：1）电弧熔炼结合铜模吸铸制备均质合金；2）差示扫描量热仪（DSC）分析相变行为；3）超导量子干涉仪（SQUID）测量磁性能；4）同步辐射X射线衍射（XRD）与透射电镜（TEM）表征原子有序度演化。

【Microstructure and phase compositions】
XRD与TEM分析显示，时效处理后L2₁有序畴扩大，(111)超晶格衍射强度比I(111)/I(220)从0.076增至0.233。Rietveld精修证实反位缺陷减少（Mn_Z从0.0583降至0.0541，Sn_Y从0.0356降至0.0185），表明原子有序度显著提升。

【Experimental details】
通过系统控制时效时间（0-1200 min），发现马氏体相变温度呈现先快后慢的下降趋势，总降幅达7 K。与之对应的是，奥氏体居里温度上升4.2 K，使铁磁奥氏体（FA）相区拓宽11.2 K。这种非单调变化揭示了扩散驱动力的动态平衡过程。

【Conclusion】
时效1200分钟的样品在7.0 T磁场下展现出最优磁热性能：磁熵变ΔS_M提升4.8%至32.9 J/(kg·K)，制冷能力（RC）增长12.4%达426.0 J/kg。更值得注意的是，实现磁熵变饱和所需的临界磁场从6.0 T大幅降至2.5 T，这意味着实际应用中可降低60%以上的励磁能耗。

该研究的重要意义在于：1）阐明低温时效通过缺陷介导的短程扩散重构原子有序度的动力学机制；2）提出"低场高效"磁热材料设计新范式，为家用/工业磁制冷设备小型化提供材料基础；3）建立的成分-工艺-性能关联模型可推广至其他Heusler合金体系。研究结果不仅深化了对磁结构耦合物理本质的认识，更为开发新一代节能制冷材料开辟了创新路径。