基于材料磁熱效應的磁制冷技術具有内禀可逆的高效熱力學(xué)特性和環保優勢，有望成(chéng)爲氣壓縮制冷最具潛力的替代方案之一。我國(guó)具有自主知識産權的La-Fe-Si合金是國(guó)際上公認的具有較大應用潛力的磁制冷材料之一。然而，這(zhè)種(zhǒng)材料的磁熱功能(néng)相由包晶凝固反應形成(chéng)，傳統鑄造方法很難直接獲得磁熱相。通常需要將(jiāng)鑄态合金在1273 K左右的高溫均勻化熱處理數周，其制備周期長(cháng)且能(néng)耗較高，嚴重阻礙了磁制冷技術的發(fā)展。以往的研究多采用提高熱處理溫度、加快凝固速率、成(chéng)分優化或粉末冶金等方法加速磁熱相的形成(chéng)，但多以犧牲材料磁熱性能(néng)、力學(xué)性能(néng)或引入其它複雜工藝流程爲代價。因此，突破La-Fe-Si磁制冷材料制備的關鍵技術之一是尋找簡單有效的新途徑調控磁熱相的形成(chéng)過(guò)程，從而高效獲得綜合性能(néng)優異的磁工質。

　　最近，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所磁性相變材料團隊系統開(kāi)展了變形量31.3%～84.4%的923 K熱鍛壓LaFe_13.92Si_1.4合金的研究，發(fā)現變形樣(yàng)品中磁熱相的形成(chéng)速率顯著高于未變形樣(yàng)品，且形成(chéng)速率随著(zhe)變形量的增加不斷提高。利用背散射電子衍射技術表征變形樣(yàng)品微觀組織，觀察到熱鍛壓樣(yàng)品中α-Fe和富La相呈層狀分布，同時變形過(guò)程中出現的連續動态再結晶（Continuous dynamic recrystallization）在其内部形成(chéng)高密度晶界（圖1a）。這(zhè)種(zhǒng)垂直和水平晶界構造的奇異層狀組織增加了磁熱相的形核位點，且高密度晶界有利于促進(jìn)元素擴散。84.4%熱鍛壓樣(yàng)品經(jīng)1323 K熱處理1 h即可獲得高達82.2 vol.%的磁熱相， 2 T磁場下磁熵變爲14.6 J/kg K。而相同條件下未變形樣(yàng)品中僅包含24.1 vol.%磁熱相，磁熵變爲1.3 J/kg K（圖1b）。將(jiāng)大變形樣(yàng)品熱處理12 h後(hòu)進(jìn)行吸氫處理，獲得了居裡(lǐ)溫度爲309 K且保持完整的20×10×1 mm³的片狀制冷工質，磁熵變高達19.4 J/kg K（圖1c），初步實現了高綜合性能(néng)磁制冷工質的制備。這(zhè)種(zhǒng)基于熱塑性變形調控La-Fe-Si合金成(chéng)相行爲和磁熱效應的研究，對(duì)稀土磁制冷材料的組織設計和加工成(chéng)型具有重要的指導作用，同時也爲研究稀土基雙相合金中界面(miàn)演變和成(chéng)相行爲的關聯等科學(xué)問題提供了有力手段。此外，熱鍛壓變形的近終成(chéng)型特點也非常适合La-Fe-Si合金的批量化制備。相關成(chéng)果發(fā)表在金屬材料領域知名期刊Acta Materialia 221 (2021) 117334 (https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117334) 。

　　本工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和甯波市“科技創新2025”重大專項資助。

圖1 （a）84.4%熱鍛壓變形樣(yàng)品的微觀組織；（b）不同樣(yàng)品熱處理後(hòu)在2 T下的磁熵變；（c）84.4%變形樣(yàng)品熱處理12 h及吸氫處理後(hòu)樣(yàng)品和磁熵變

　　（磁性相變材料團隊 盧翔 劉劍）