室温磁致冷合金Pr2Fe17-xCox的结构、磁性和磁熵变

在氩气气氛中用熔炼法制备了Pr2Fe17-xCox系列合金，通过粉末X射线衍射和SQUID磁强计研究了样品的结构、磁性和磁熵变。结果表明：Pr2Fe17-xCox系列合金具有菱方Th2Zn17型结构；通过成分微调使其居里温度处在室温附近：Pr2Fe17-xCox，系列合金有较大的磁熵变，在低场下的磁熵变是金属Gd的65％～73％，而高场下的磁熵变则为金属Gd的63％～68％；但其成本约为金属Gd的1／10，具有很高的性价比，是一类有很大应用潜力的室温磁致冷材料。     

Er2-xCexFe17化合物的结构与磁熵变

较详细地研究了Er2-xCexFe17化合物的结构、磁性和磁熵变。结果表明，轻稀土Ce的掺入虽然没有明显改变Er2Fe17化合物的相结构及其晶格常数，但改变了Er次晶格与Fe次晶格之间的耦合系数，使仍为Th2Ni17型六方结构的Er2-xCexFe17化合物的居里温度可通过成分微调使其处在室温附近。Er2-xCexFe17化合物的λ形(-△SM)-T曲线表明其在居里点附近发生的相变属于二级相变，它使化合物可在较宽温区范围内保持较大的磁熵变。Er2-xCexFe17化合物在x=0．05-0．1范围内具有较大的磁熵变，其在2．0T和5．0T外场下的最大磁熵变达到金属Gd的40%～50％，且其化学性质稳定、制冷温区宽、价格低廉，是一类性价比较高、应用潜力较大的新型低场室温磁制冷工质材料。     

Nb掺杂Gd合金的大磁热效应和显微硬度增强

在氩气气氛中用熔炼法制备了Gd100-xNbx(x=0,1,2,3,5)系列合金,铸锭经1273K均匀化退火96h后水淬至室温。结果表明:Gd100-xNbx系列合金仍保持纯Gd的六方相结构;Nb掺杂合金的居里温度比纯Gd均低2K,在居里点附近发生的磁性转变为二级相变,5T外场下的最大磁熵变约为纯Gd的85%。通过少量Nb(≤5at%)掺杂后,Gd100-xNbx系列合金的显微硬度明显得到提高,与纯Gd相比,显微硬度最大提高幅度达～53%(x=5)。含少量Nb的Gd100-xNbx合金具有较大的磁熵变和较好的加工性能,是一类有很大应用潜力的室温磁致冷材料。     

Er_(2-x)Pr_xFe_(17)化合物的结构与磁熵变

较详细地研究了Er2-xCexFe17化合物的结构、磁性和磁熵变。结果表明,轻稀土Ce的掺入虽然没有明显改变Er2Fe17化合物的相结构及其晶格常数,但改变了Er次晶格与Fe次晶格之间的耦合系数,使仍为Th2Ni17型六方结构的Er2-xCexFe17化合物的居里温度可通过成分微调使其处在室温附近。Er2-xCexFe17化合物的λ形(-?SM)-T曲线表明其在居里点附近发生的相变属于二级相变,它使化合物可在较宽温区范围内保持较大的磁熵变。Er2-xCexFe17化合物在x=0.05~0.1范围内具有较大的磁熵变,其在2.0T和5.0T外场下的最大磁熵变达到金属Gd的40%~50%,且其化学性质稳定、制冷温区宽、价格低廉,是一类性价比较高、应用潜力较大的新型低场室温磁制冷工质材料。     

GdDyFe、GdTbFe合金的磁熵研究

研究了Gd0.5Td0.5-xFex,Gd0.5Dy0.5-yFey(x=0.1,0.2,0.3,0.4；y=0.1,0.2,0.3,0.4)系列稀土合金在245～320K温区范围的磁熵变，发现这二种系列合金均具有较大的磁熵变值，适合作为中等磁场（1～2T）下的室温磁制冷材料。     

磁致冷材料研究进展

介绍了磁致冷材料磁热效应的表征方法，概述了国内外各温度区间磁致冷材料的研究进展。在20K以下温区，磁致冷材料研究主要集中在具有高导热率、低点阵热容和极低有序化温度的石榴石，如Gd3Ga5O12(GGG)，Dy3Al5O12(DAG)，Gd3Ga5-xFexO12(GGIG)及Er基磁致冷材料；20K～77K温度区间，磁致冷材料研究主要集中在重稀土金属间化合物中，如(Dy1-xErx)Al2复合材料等；在室温附近，具有大磁热效应的磁致冷材料以稀土Gd，Gd5(SixGe1-x)4(0≤x≤0．5)和MnFeP1-xAsx(0．15≤x≤0．66)合金为代表，特别是Gd5Si2Ge2(Tc=274K)和MnFeP0.45As0.55(Tc=300K)合金，在磁场5T下具有巨磁热效应，是Gd的2倍以上。总结了各温度区间磁致冷材料的选择依据。重点评述了室温磁致冷材料的最新研究成果，展望了室温磁致冷材料的发展前景。     

Gd0.6Tb0.4-xCox合金的磁热效应研究

研究了Gd0．6Tb0．4-xCox系列稀土合金在261～290K温区范围的磁熵变，发现这种合金具有较大的磁熵变值，适合作为中低磁场(1～2T)下的室温磁制冷材料。     

杂质对Gd5（SixGe1-x）4 （x≈0.5）合金结构与磁熵变的影响

采用纯度分别为99.94%和99.2%的稀土金属Gd,配制了Gd5Si1.9Ge2.1和Gd5Si1.72Ge2.28两组合金,研究杂质对Gd5（SixGe1-x）4合金磁熵变的影响原因。粉末衍射结构分析表明，所研究的合金中都有Gd5Si2Ge2相，而采用低纯Gd配制的Gd5（SixGe1-x）4合金中还出现了明显的Gd5（Si，Ge）3相。磁性测量表明，杂质不改变合金中主相的居里温度，即没有改变合金中主相磁性原了的相互作用，但由于低温反铁磁性Gd5（Si，Ge）3相对室温Gd5Si2Ge2相的磁熵变没有贡献，导致Gd5（Si，Ge1-x）4合金在室温附近的磁熵变下降。     

Ni45．4＋xMn41．5-xSn13．1（x=0，1．5，3．0）合金的结构和磁熵变研究

铁磁形状记忆合金Ni45.4-xMn41.5-xSn13.1（x=0,1．5,3．0）（分别定义为样品1、2、3）系列通过电弧熔炼法制备得到。在1173K下真空退火24h,自然冷却至室温。利用X射线衍射仪和振动样品磁强计研究了合金的结构、磁性和磁熵变。等温磁化曲线和Arrott曲线表明合金在马氏体转变温度附近合金为典型的亚磁性状态。在1．2T的外场下样品2和3在马氏体转变温度附近发生大的磁熵变大小分别为3．8和3．7J／kgK。样品1在磁性转变温度附近的磁熵变大小为2．24J／kg·K。     

杂质对Gd_5(Si_xGe_(1-x))_4(x≈0.5)合金结构与磁熵变的影响

采用纯度分别为99.94%和99.2%的稀土金属Gd,配制了Gd5Si1.9Ge2.1和Gd5Si1.72Ge2.28两组合金,研究杂质对Gd5(SixGe1-x)4合金磁熵变的影响原因。粉末衍射结构分析表明,所研究的合金中都有Gd5Si2Ge2相,而采用低纯Gd配制的Gd5(SixGe1-x)4合金中还出现了明显的Gd5(Si,Ge)3相。磁性测量表明,杂质不改变合金中主相的居里温度,即没有改变合金中主相磁性原子的相互作用,但由于低温反铁磁性Gd5(Si,Ge)3相对室温Gd5Si2Ge2相的磁熵变没有贡献,导致Gd5(SixGe1-x)4合金在室温附近的磁熵变下降。     

Study on structure and magnetic entropy changes of Ce2-xPrxFe16.5Co0.5 alloys

A series of Ce2-xPrxFe16.5Co0.5 alloys were preparedby arc melting under purified argon atmosphere. The structure and magnetic entropy changes in Ce2-xPrxFe16.5Co0.5 alloys were investigated by means of X-ray diffraction pattern and MPMS XL-7 magnetometer. The experimental results show that the crystal structure of Ce2-xPrxFe16.5Co0.5 alloys keeps in TH2Zn17-type rhombohedral, and the Curie temperature of Ce2-xPrxFe16.5Co0.5 alloys can be shifted to room temperature around by a composition adjustment. The magnetic entropy changes (-ΔSM) in Ce2-xPrxFe16.5Co0.5 alloys are relatively large, and a platform of magnetic entropy changes appearsnear the temperature TC. Ce2-xPrxFe16.5Co0.5 alloys are the potential working media for magnetic refrigeration with their stable chemical properties and especially low price.     

Y1.7Er0.3Fe17快淬带的结构和磁熵变

采用熔体快淬法(铜辊速度为20m/s)制备Y1.7Er0.3Fe17快淬带,通过X射线衍射仪、振动样品磁强计(VSM)和三维原子探针(3DAP)对样品的晶体结构、磁熵变和原子在三维空间中分布情况进行研究。结果表明,Y1.7Er0.3Fe17快淬带具有菱方Th2Zn17型结构,与标准PDF卡片(48-1454)相比较,Y2Fe17主相晶胞体积略减小;样品的居里温度在308K附近,磁场变化为1.5T,样品的最大磁熵变值为2.10J·kg-1·K-1;Fe在晶界处含量略有降低,其它区域内,Y、Er和Fe3种原子均匀分布在三维空间中。     

Y1.7Er0.3Fe17快淬带的结构和磁熵变

采用熔体快淬法（铜辊速度为20 m/s）制备Y1.7Er0.3Fe17快淬带,通过X射线衍射仪、振动样品磁强计（VSM）和三维原子探针（3DAP）对样品的晶体结构、磁熵变和原子在三维空间中分布情况进行研究。结果表明,Y1.7Er0.3Fe17快淬带具有菱方Th2Zn17型结构,与标准PDF卡片（48-1454）相比较,Y2Fe17主相晶胞体积略减小;样品的居里温度在308 K附近,磁场变化为1.5 T,样品的最大磁熵变值为2.10 J·kg-1·K-1;Fe在晶界处含量略有降低,其它区域内,Y、Er和Fe 3种原子均匀分布在三维空间中。     

(Mn1-xFex)5Sn3合金晶体结构和居里温度

用粉末冶金法(磁场压制烧结)制备(Mn1-xFex)5Sn3(x=0.1～0.5)合金,对其晶体结构、居里温度进行研究。室温XRD分析表明,该系列合金均保持Mn5Sn3的InNi2型相结构,计算发现合金的晶格常数随着x量增大而减小。通过M-T曲线测量结果表明:居里温度TC在室温附近244～391K连续可调,且随着Fe含量的增加而提高,居里温度随成分近似呈线性变化;成分为(Mn0.70Fe0.30)5Sn3合金的居里温度为295K,在外加磁场为0～1.5T下,最大磁熵变约为0.87J·(kg·K)-1,是一种成本低廉的室温磁制冷候选材料。     

Nd60-xPrxFe30Al10 (x=0, 9, 15)大块非晶合金的磁粘滞性研究

对Nd60-xPrxFe30Al10(x=0,9,15,at%)大块非晶合金的磁粘滞行为进行了研究,进而分析了该类合金的矫顽力产生机理。结果表明:Nd60-xPrxFe30Al10(x=0,9,15)合金在室温均表现为硬磁性,随着Pr元素含量的增加,合金的内禀矫顽力iHc逐渐减小。在合金的不可逆磁化率χirr随外磁场变化的曲线中,均在各自的内禀矫顽力附近出现了明显的峰。Pr元素部分替换Nd元素后,基本不影响合金的磁粘滞变化趋势。当Pr元素含量从0at%增加到15at%时,合金的热涨落场Hf略有减小,从11.1mT减小到9.9mT;激活体积Va由2.6×10-18cm3增加到2.9×10-18cm3;激活直径Da由17.1nm增加到17.7nm。激活直径Da的值与Nd基大块非晶里的纳米晶团簇(cluster)的尺寸相当,这可能是该类合金具有明显硬磁性的原因之一。     

磁一级相变La(Fe,Si)13基化合物的研究进展

对NaZn13型La(Fe,Si)13化合物在磁性、相变特性及磁熵变规律和制备方法等方面的研究进展进行总结和论述.低Si含量的La(Fe,Si)13化合物具有良好的软磁特性,表现出特殊的磁相变特征:在居里温度处的热诱导一级磁性转变和高于居里温度时的磁场诱导巡游电子变磁性转变,并伴随着巨大的磁熵变和磁致伸缩.随Si含量增高,化合物的这种特殊磁相变特征逐渐减弱,呈现二级相变特征.总结了元素替代和添加对La(Fe,Si)13化合物性能的影响,一定的合金化可以改变居里温度并保持巨大的磁熵变,这对于近室温磁致冷有着重要意义.快速凝固技术的应用解决了化合物合成困难的问题,降低了材料的制造成本,使得NaZn13型La(Fe,Si)13化合物成为最有应用前景的近室温磁致冷工质之一.本文还探讨了这种化合物用做磁致伸缩材料的可能性.     

Gd60Co26Al14大块非晶合金的磁熵变

利用铜模吸铸法制备了Gd60Co26Al14非晶合金.采用示差扫描量热法(DSC),X射线衍射(XRD)和超导量子磁强计(SQUID)研究了其结构与磁热性能.XRD分析表明:铸态Gd60Co26Al14合金是完全的非晶结构;DSC测试显示Gd60Co26Al14合金在加热过程中在571 K发生玻璃化转变,并且出现了两个结晶温度,分别是602 K和642 K.SQUID测试结果表明:Gd60Co26Al14合金出现两个居里温度,分别是82 K和128 K;合金在外磁场5 T下82 K处的磁熵变达到7 J·(kg·K-1).     

Gd0.95Nb0.05合金磁热效应的研究

采用X射线衍射技术、直接磁热效应测量仪和VSM振动样品磁强计研究电弧熔铸和400℃,1h热处理后低纯Gd0.95Nb0.05合金的磁热效应。结果表明:适量Nb的加入不改变商业Gd的居里温度,但明显提高了商业Gd的磁热效应,最大绝热温变由3.1K增加到3.5K,1.5T磁场下最大磁熵变为3.99J/(kg·K);Gd0.95Nb0.05合金经过400℃,1h热处理后,居里温度提高了2K,最大绝热温变和最大磁熵变有不同程度的增加。与高纯Gd相比,商业原料制备的Gd0.95Nb0.05合金成本低廉,是一种非常实用的磁制冷工质材料。     

Gd-Tb-Nd系室温磁致冷材料研究

对适用于室温区磁致冷的Gd Tb Nd系合金进行了研究。样品用Ar气保护的高频磁浮炉熔炼 ,用振动样品磁强计测量了不同温度下的磁化曲线。根据整理的磁热曲线计算出材料的磁熵改变值。结果表明 :GdxTbyNd( 10 0 -x - y) 系磁致冷材料的居里温度在室温附近 ,Tb和Nd含量的增加使居里温度降低 ;Nd含量较小时Gd Tb Nd系具有较大的磁熵改变值 ;少量Nd的加入可显著改变居里温度 ,是十分有效的制冷温区调节剂。因此 ,采用不同成分的Gd Tb Nd系材料的组合 ,可望实现在低磁场下室温附近较大温度范围的磁制冷热循环。