Gd-Ni-Al大塊金屬玻璃的非晶形成能力與磁熱效應(yīng).pdf

1、基于磁熱效應(yīng)的固態(tài)磁制冷技術(shù)，由于綠色、節(jié)能等優(yōu)點將可能成為傳統(tǒng)氣體壓縮制冷的替代技術(shù)。稀土基非晶材料特別是Gd-基非晶合金，由于其出色的磁熱效應(yīng)而倍受關(guān)注。本文采用高純（99.99 wt.％）金屬原料，通過水冷銅模吸鑄法制備了Gd-Ni-Al系列磁性Gd基塊體金屬玻璃及其復(fù)合材料，利用X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、差示熱量掃描儀（DSC）和超導(dǎo)量子磁強計（SQUID）系統(tǒng)研究了該合金系的玻

2、璃形成能力、熱學(xué)性能和磁熱性能。主要結(jié)論如下：
　　1.通過對已有文獻中發(fā)表的具有良好非晶形成能力的三元 Gd-Ni-Al非晶合金的研究，發(fā)現(xiàn)在本實驗室條件下均不能獲得直徑為3 mm的塊體非晶合金。在本實驗室條件下，對(Gd0.60Ni0.16Al0.24)100-xGex(x=2,4,6)合金采用 Ge合金化生成單一 Gd5Ge3晶體相的方法，獲得了比以往三元 Gd-Ni-Al合金具有更高的非晶形成能力的、臨界尺寸為3 mm的三

3、元 Gd57Ni17.2Al25.8塊體金屬玻璃新成分。Gd57Ni17.2Al25.8塊體金屬玻璃的磁轉(zhuǎn)變溫度為73 K，在0~50 kOe磁場下的最大磁熵變?yōu)?.4 Jkg-1K-1，該合金磁熵變大小隨溫度變化比較平緩，作為磁致冷工質(zhì)，有利于獲得大的相對制冷量。
　　2.采用 Zr元素合金化獲得了臨界直徑為3 mm的塊體金屬玻璃Gd55Ni17Al26Zr2，該合金同樣具有比本文之前報導(dǎo)的所有 Gd-Ni-Al合金更好的非晶形

4、成能力；利用相似元素（Y，Cu）替代的方法，并不能將Gd-Ni-Al非晶合金的臨界尺寸提高到更大值。改變合金中某些元素的比率，對Gd-Ni-Al塊體金屬玻璃的非晶形成能力和熱穩(wěn)定性有一定的影響：提高 Ni/Al比率，能夠改善塊體金屬玻璃的非晶形成能力，但是降低其熱穩(wěn)定性；提高Gd/Al比率，Gd-Ni-Al非晶合金的玻璃形成能力先增加后降低。Zr合金化對Gd-Ni-Al塊體金屬玻璃的居里溫度和最大磁熵變影響不明顯。但是，經(jīng)Zr合金化后，

5、Gd-Ni-Al塊體金屬玻璃最大磁熵變出現(xiàn)了一個10 K寬度的平臺區(qū)，形成了“桌面型”磁熱效應(yīng)。
　　3.本文制備出了Gd-Ni-Al-(Y-Zr)大塊金屬玻璃復(fù)合材料，并且發(fā)現(xiàn)復(fù)合塊體金屬玻璃中非晶相和晶體相的相對含量影響合金磁熱效應(yīng)的大小和類型。在這些復(fù)合非晶合金中，Gd56Ni15Al27Zr2合金獲得了具有“桌面型”特征的磁熱效應(yīng)，其磁熵變平臺的高度為6.0 J/kgK,平臺寬度為25 K，并且該合金在不同外加磁場下都保持