稀土基多相合金磁熱效應(yīng)研究.pdf

1、基于磁熱效應(yīng)的磁制冷技術(shù)較傳統(tǒng)的氣體壓縮制冷方式更節(jié)能和環(huán)保，是極具有應(yīng)用前景的新型固體制冷方式。優(yōu)良的磁致冷工質(zhì)對(duì)磁制冷技術(shù)的實(shí)現(xiàn)起到關(guān)鍵作用?？紤]到 Gd-Co(Ni)-Al三元合金相圖中存在許多具有良好磁熱效應(yīng)的鐵磁性合金相以及由這些合金相構(gòu)成的多相區(qū)，本文通過(guò)合理選擇成分，使合金在鑄態(tài)和適當(dāng)?shù)臒崽幚項(xiàng)l件下獲得包含多個(gè)鐵磁性合金相（結(jié)晶相或非晶相）的多相結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步研究了多相合金的結(jié)構(gòu)、磁性和磁熱效應(yīng)。通過(guò)成分優(yōu)化，利用多相合金中

2、連續(xù)的多個(gè)磁相轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)，獲得了具有“桌面型”磁熱效應(yīng)的多相磁致冷材料，可以滿足磁制冷機(jī)中埃里克森循環(huán)對(duì)工質(zhì)磁熵變的要求。本研究有利于加深對(duì)多相合金磁熱效應(yīng)的理解，對(duì)推動(dòng)多相磁致冷材料在磁制冷機(jī)中的應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。本文的主要研究結(jié)果如下：
　　1.在 Gd-Co-Al三元合金系中，在電弧熔煉和吸鑄制備的 Gd53Co19Al28和Gd52.5Co16.5Al31合金中獲得了“桌面型”磁熱效應(yīng)。Gd53Co19Al28合金包

3、含Gd2Al、Gd2Co2Al和GdCo0.74Al1.26晶體相；Gd52.5Co16.5Al31合金則包含了Gd2Al、Gd2Co2Al晶體相以及非晶結(jié)構(gòu)相。由于連續(xù)的磁相轉(zhuǎn)變，當(dāng)外加磁場(chǎng)變化為0-50 kOe時(shí)，Gd53Co19Al28和Gd52.5Co16.5Al31合金在液氮溫區(qū)附近出現(xiàn)“桌面型”磁熱效應(yīng)，其磁熵變平臺(tái)的高度分別為7.3 J/kgK和7.0 J/kgK。進(jìn)一步研究表明，Co原子合金化導(dǎo)致的Gd2Al相磁熵變?cè)黾?/p>

4、是Gd-Co-Al多相合金中磁熵變平臺(tái)產(chǎn)生的重要原因。
　　2.在 Gd-Ni-Al三元合金體系中，系統(tǒng)研究了GdNixAl2-x(0.35≤x≤0.70)多相合金的成分、結(jié)構(gòu)、磁性和磁熱效應(yīng)的關(guān)系，并獲得了“桌面型”磁熱效應(yīng)。在合金成分靠近GdNiAl端時(shí)，合金具有大的等溫磁熵變；成分靠近GdAl2端的合金表現(xiàn)出了增強(qiáng)的半高寬和制冷能力。特別地，由于合理分布的鐵磁相的居里溫度和適宜的相比例，GdNi0.40Al1.60合金在0-

5、50 kOe磁場(chǎng)變化下的磁熵變曲線表現(xiàn)出了磁熵變平臺(tái)特征，其最大磁熵變和制冷能力分別為8.8 J/kgK和567 J/kg。通過(guò)改變磁相轉(zhuǎn)變發(fā)生的溫度區(qū)間大小和相比例等參數(shù)，可以有效調(diào)節(jié)多相合金的磁熱效應(yīng)特征。這為研究和制備優(yōu)良的磁致冷材料提供了新的思路。
　　3.通過(guò)進(jìn)一步調(diào)節(jié)三元多相合金的成分，在包含三個(gè)鐵磁合金相的Gd-Ni-Al多相合金中分別獲得了優(yōu)良的“桌面型”磁熱效應(yīng)和鄰近的居里溫度特征。Gd28Ni24Al48合金中

6、的各鐵磁性合金相具有鄰近的居里溫度，其磁熵變曲線只有一個(gè)幅度較大的單峰；而Gd33Ni13Al54合金中各鐵磁相的居里溫度分布在較寬的溫區(qū)內(nèi)，它的磁熵變曲線表現(xiàn)出了“桌面型”特征，并且具有顯著增強(qiáng)的制冷能力。在0-50 kOe磁場(chǎng)變化下，Gd33Ni13Al54合金的最大磁熵變和制冷能力分別是9.2 J/kgK和591 J/kg。優(yōu)良的磁熵變平臺(tái)特征以及大的制冷能力，使得Gd33Ni13Al54合金成為工作在45 K附近的埃里克森循環(huán)磁