Fe基非晶合金磁性和磁熱效應(yīng)的研究.pdf

1、磁制冷是一種高效環(huán)保的綠色制冷技術(shù)，在目前能源短缺，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的大背景下，值得大力研究和推廣。低溫領(lǐng)域磁制冷技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，隨著科技的進(jìn)步，磁制冷技術(shù)應(yīng)用也正從低溫逐漸走向高溫。磁制冷技術(shù)在高溫特別是室溫下的應(yīng)用最關(guān)鍵的問(wèn)題是尋找合適的磁制冷材料。Fe基非晶磁制冷材料，以Fe為主要材料，成本低廉，材料發(fā)生二級(jí)相變，磁滯和熱滯很低，能量損耗低，磁有序轉(zhuǎn)變溫度跨度大，制冷能力強(qiáng)，同時(shí)具有高抗腐蝕性和抗氧化性以及可調(diào)的居里溫度，

2、是很有潛力的室溫磁制冷材料。但Fe基非晶磁制冷材料熵變較小，是限制其實(shí)際應(yīng)用的主要原因，提高其磁熵變十分必要。本文研究了Fe基非晶合金的制備、磁性和磁熱效應(yīng)。探索了非磁性元素B替代部分Fe元素、稀土元素?fù)诫s和金屬Co替代部分Fe元素對(duì)合金磁性和磁熱效應(yīng)的影響，以期提高合金的磁熱效應(yīng)。
　　本文采用熔體快淬法成功制得 Fe86-xBxMn4Zr8Nb2(x=4,8,12,16,20)合金非晶條帶。實(shí)驗(yàn)中嘗試以不同速度對(duì)Fe86-xB

3、xMn4Zr8Nb2合金進(jìn)行快淬，最終確定40 m/s的快淬速度，此時(shí)合金快淬帶通過(guò)XRD檢測(cè)分析表明形成了非晶結(jié)構(gòu)。合金的初始晶化溫度和居里溫度都隨著B(niǎo)含量的添加而逐漸升高，合金的居里溫度從237 K升高到328 K，而合金的初始晶化溫度在900 K左右，居里溫度遠(yuǎn)比初始晶化溫度低得多，因此合金在應(yīng)用溫度區(qū)間不會(huì)發(fā)生晶化。合金在居里溫度附近發(fā)生鐵磁—順磁二級(jí)相變，沒(méi)有磁滯后，無(wú)相變熱。隨著B(niǎo)含量的添加，合金熵變逐漸降低， x=4、8、

4、12、16、20時(shí)在3 T的外加磁場(chǎng)下最大熵變分別為2.19 Jkg-1K-1、1.97 Jkg-1K-1、1.63 Jkg-1K-1、1.58 Jkg-1K-1、1.38 Jkg-1K-1。
　　同樣用熔體快淬法制得Fe82B4Mn4Zr8-xRxNb2(x=0,4;R=La,Ce,Pr,Nd,Gd)合金非晶條帶，研究稀土元素?fù)诫s對(duì)Fe82B4Mn4Zr8-xRxNb2合金磁性和磁熱效應(yīng)的影響。摻雜稀土元素后，不同稀土元素對(duì)合金

5、的初始晶化溫度產(chǎn)生的影響不同。合金在居里溫度附近發(fā)生鐵磁-順磁相變，未發(fā)生突變，為二級(jí)相變。沒(méi)有磁滯后，熱滯極小。合金的居里溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合金的初始晶化溫度，在應(yīng)用溫度區(qū)間合金不會(huì)發(fā)生晶化，具有良好的穩(wěn)定性。未摻雜稀土元素時(shí)合金磁熵變和制冷能力（RC）值分別為2.19 Jkg-1K-1和292 Jkg-1。摻雜稀土元素La后，合金居里溫度升高到252 K，熵變基本不變，在3 T外磁場(chǎng)下為2.19 Jkg-1K-1，但半峰寬變寬，RC值提高

6、到310 Jkg-1；摻雜 Ce后，合金居里溫度略微下降到230 K，熵變和RC值下降較大，在3 T外磁場(chǎng)下熵變?yōu)?.64 Jkg-1K-1，RC值為212 Jkg-1；摻雜Pr后，合金居里溫度提高較大，為280 K，非常接近室溫，同時(shí)熵變也有一定提高，在3 T外磁場(chǎng)下為2.29 Jkg-1K-1，但RC下降到271 Jkg-1；摻雜Nd后，合金居里溫度為249K，略微升高，在3 T外磁場(chǎng)下的熵變值下降到2.14 Jkg-1K-1，RC

7、值下降到274 Jkg-1；摻雜Gd后，合金居里溫度大幅提高到318 K，同時(shí)合金熵變和RC值也出現(xiàn)了顯著的下降，在3 T外加磁場(chǎng)下磁熵變?yōu)?.56 Jkg-1K-1，RC值為178 Jkg-1。摻雜稀土元素后，合金溫跨均很寬，在100 K以上。
　　同樣用熔體快淬法制得Fe82-xCoxMn4B4Zr8Nb2(x=0,2,4,6,8)合金非晶條帶，探索用過(guò)渡族金屬Co替代部分Fe對(duì)合金磁性和磁熱效應(yīng)的影響。合金條帶通過(guò)XRD檢測(cè)

8、分析表明，所有合金形成了非晶結(jié)構(gòu)。DSC檢測(cè)表明，Co元素的添加對(duì)合金的初始晶化溫度影響不大。隨著Co含量的增加，合金的居里溫度從237 K增加到368 K。合金的居里溫度遠(yuǎn)低于合金的初始晶化溫度。合金在應(yīng)用溫度區(qū)間，不會(huì)發(fā)生晶化，具有良好的熱穩(wěn)定性。合金在居里溫度附近發(fā)生鐵磁—順磁二級(jí)相變，沒(méi)有磁滯后，無(wú)相變熱。當(dāng)Co添加原子比為2時(shí)，合金在3 T外場(chǎng)下的熵變出現(xiàn)急劇下降，從x=0時(shí)的2.19 Jkg-1K-1下降到x=2時(shí)的1.64