Gd5Si1.975Ge1.975T0.05(T=Ni,Fe,Cr,Mn,Co)合金的结构及磁热效应

研究了Gd5Si1.975Ge1.975T0.05(T为Ni、Mn、Cr、Co、Fe)合金的结构及磁热效应.XRD结果显示:当T元素的原子序数为偶数时,合金形成了单一的Gd5Si2Ge2单斜结构;而当原子序数为奇数时,则为Gd5Si2Ge2单斜结构和正交结构的混合相.在拥有单一相的合金中均发现了巨磁热效应,然而在具有混合相的合金中由于未能发生一级结构相变而导致了低的磁熵变.此外,Gd5Si1.975Ge1.975Cr0.05合金的磁制冷量达到了112 J/kg,相对于Gd5Si2Ge2合金提高了50%.     

Sn合金化对Gd5Si2Ge2磁致冷材料结构和性能的影响

以商业纯Gd为原料,采用非自耗电弧炉氩气保护下熔炼了Gd5Si2Ge2-xSnx(x=0.2,0.5,1)和Gd5Si2-yGe2Sny(y=0.1,0.2,0.5)系列合金,研究Sn合金化对Gd5Si2Ge2晶体结构和磁热性能的影响.粉末XRD结果表明Sn代Ge样品具有正交Gd5Si4型结构;Sn少量代Si(y=0.1,0.2)的样品具有单斜Gd5Si2Ge2型结构;Gd5Si1.5Ge2Sn0.5则为单斜和正交的混合结构.用超导量子磁强计(SQUID)测定了样品的M-T和不同温度的M-H曲线,结果表明Gd5Si2Ge2-xSnx(x=0.2,0.5,1)不具有巨磁热效应;Gd5Si1 9Ge2Sn01合金的最大磁熵变达15.3 J/kg·K(0 T～5 T),具有巨磁热效应.     

B元素的添加对Gd5．1Si2Ge2合金磁热性能的影响

研究了B元素的添加对Gd5.1Si2Ge2合金的晶体结构和磁热效应的影响.XRD表明:对于Gd5 lSi2Ge2-xBx系列合金,少量的B(x=0.01)替代Ge的样品具有单斜Gd5Si2Ge2结构.随着B含量的增加.合金中开始出现正交结构的Gd5Si4相,居里温度也从285 K(x=0.01)提高到303 K(x=0.15),增加幅度为18 K;相应地绝热温变从2.4 K下降到2 K(1.2 T),仍然保持着较大的绝热温变.对于Gd5.1Si2-yGe2By系列合金,少量的B替代Si的样品具有Gd5Si2Ge2型的单斜结构.随着B含量的增加,合金中出现了低温反铁磁性Gd5Ge3相,居里温度和绝热温变呈现下降趋势.     

添加元素Sn对Gd5Si2Ge2合金磁热效应的影响

为了解决Gd5Si2Ge2磁制冷合金居里点低，制冷温区狭窄问题，采用合金化的方法，利用添加元素Sn代替Si或Ge，提高了Gd5Si1.9Ge2Sn0.1材料的居里温度，同时保持工质材料Gd5Si2Ge2的巨磁热效应，并相对于Gd5Si2Ge2合金的制冷温区有了很大的拓展。     

快速凝固Gd5Si2Ge2合金的显微组织与相组成

研究了在真空电弧炉和快淬炉2种快速凝固条件下制备的Gd5Si2Ge2合金的显微组织与相组成。结果表明，Gd5Si2Ge2合金亿电弧炉熔炼条件下，具有不同质蟹的样品可以获得不同的显微组织与相组成。不同速度下，快淬甩带实验表明，在小于40m／s的快淬速度下，Gd5Si2Ge2合金为单斜Gd5Si2Ge2-型晶体结构：在50m／s的快淬速度下Gd5Si2Ge2合金包含Gd5Si4-型和Gd5Si2Ge2-型两相。证实了冷却速度对Gd5Si2Ge2合金的相组成有重要影响。     

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。     

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。     

Gd-Si-Ge磁致冷材料研究进展

介绍了Gd.Si.Ge磁致冷材料的晶体结构、磁相变、磁热效应、制备方法、防腐等方面的研究进展.室温磁致冷材料Gds(Si,Ge1-x)4在O≤x≤0.5、磁场H>5T时,呈现巨磁热效应;磁热效应的物理本质是一级磁晶相变;原材料Gd对Gd-Si-Ge系合金巨磁热效应的影响较大;Gd-Si-Ge磁致冷材料的成型方法主要有包覆法、复合法和真空扩散焊等.     

Gd3Al2-xSix系合金磁热效应的研究

采用真空高频磁悬浮炉制备出一系列Gd3Al2-xSix (x=0,0.1,0.2,0.5,0.8)合金.通过Si对Al的部分替代,研究了Si元素微量替代对Gd3Al2合金磁热效应的影响.结果表明,Gd3Al2-xSix系合金的结构与Gd3Al2相同;随着Si含量的增加,Gd3Al2-xSix系合金的居里温度和磁热效应发生了变化,这说明Si对Al的部分替代改变了GdAl2合金的磁热效应.     

Mn5Ge3-xRx系列合金在低磁场下的磁热效应

在对Mn5Ge3合金研究的基础上,以Si,Sb元素取代Mn5Ge3合金中的部分Ge元素,形成Mn5Ge3-xSix,Mn5Ge3-xSbx系列合金。利用X射线粉末衍射技术确定其结构,并在1．3T的磁场下直接测量其磁热效应。结果表明,随着Sb元素含量的增加,Mn5Ge3-xSbx合金的居里温度升高,少量的Sb元素对合金的磁热效应影响较小;随着Si元素含量的增加,Mn5Ge3-xSix合金的居里温度降低,磁热效应发生明显的衰减。     

Gd3-xCuxAl2系合金磁热效应的研究

采用真空高频磁悬浮炉制备出一系列Gd3-xCuAl2(x=0,0.1,0.2,0.3)合金.通过Cu对Gd的部分替代,研究了Cu元素微量替代对Gd3Al2合金磁热效应的影响.结果表明,Gd3-xCuxAl2系合金的结构同样为Zr3Al2型;在1.5T磁场下,随着Cu含量的增加,Gd3-xCuxAl2系合金的最大绝热温变下降,居里温度提高.说明Cu对Gd的部分替代改变了Gd3Al2合金磁热效应.     

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。     

Mn1.25Fe0.75P1-xSix系列合金物相形成与磁热效应

研究了Mn1.25Fe0.75P1-xSix(x=0.50,0.52,0.54,0.56,0.58,0.60)合金的物相、热滞及磁热效应。通过XRD分析表明,合金主相均为Fe2P六角结构(空间群为P 6 2m)。在不同Si含量时,合金中存在FeSi型或Fe3Si型第二相。通过调节Si和P含量的比率,合金的居里温度随Si含量的增加成线性增加,从240 K到313 K。而合金的热滞在逐渐减小。当Si含量为0.58时,在外磁场变化为0~1.5 T下合金的最大等温磁熵变为8.6 J/kg·K。     

原材料Gd对Gd-Si-Ge合金巨磁热效应影响的研究

采用国产钆制作Gd—Si—Ge合金，测量H-M曲线，计算磁熵变(-△Sm)判断其磁热效应。发现采用商业级钆配制合金时，由于杂质抑制了材料的一级相变，未发现巨磁热效应。经提纯后的钆尽管没有Ames实验室的纯度高，但配制的合金具有典型的一级相变，-△Sm值基本上达到Ames实验室报道的数据，而且居里点有所提高。     

钛设备制造业“推荐企业”标准

以高纯蒸馏Gd为原料制备了Gd5ShGe2合金，研究了不同热处理工艺对合金的显微组织结构及磁热效应的影响。利用扫描电子显微镜及电子能谱对合金的显微组织结构及成分进行了测试。利用振动样品磁强计测量了合金在250K～290K范围内的等温磁化曲线，并根据麦克斯韦方程对其磁熵变进行了计算。研究发现，通过适当的热处理，合金的显微组织得到充分地均匀化，合金中的杂质相得到有效去除。因此，磁熵值较铸态提高将近200％，磁有序温度下降约lOK。     

Gd3+xAl2-x系合金的晶体结构和磁熵研究

采用真空高频磁悬浮炉制备Gd3+xAl2-x(x=0,0.1,0.2,0.3)合金。通过Gd对Al的部分替代,研究了Gd元素微量替代对Gd3Al2合金结构和磁熵的影响。实验结果表明,Gd3+xAl2-x系合金的结构与Gd3Al2相同;随着Gd含量的增加,Gd3+xAl2-x系合金的居里温度和磁熵发生了变化,这说明Gd对Al的部分替代改变了Gd3Al2合金的磁热效应。     

Gd对Mg-5Si合金组织和力学性能的影响

采用Mg-30Gd中间合金对过共晶Mg-5Si合金进行变质处理,考察了Gd对合金组织与力学性能的影响,并讨论了其变质机理。结果表明,Gd对过共晶Mg-5Si合金中初生Mg2Si相具有良好的变质作用。当加入2.0%的Mg-30Gd时,变质效果最佳,初生Mg2Si相的平均尺寸减小到25μm以下,其形态大部分为近球状,并且分布均匀,合金的抗拉强度和伸长率也达到了最大值,分别为105 MPa和3.1%。但是,当Mg-30Gd增加到3.0%时,初生Mg2Si相又转变为粗大的树枝晶形态。变质机理与稀土元素富集于初生Mg2Si相生长表面抑制优先生长晶向的生长,以及金属间化合物GdxSiy为初生Mg2Si相生长提供了异质形核核心有关。     

MnCo_(0.95)Cu_(0.05)Ge合金的磁性及其磁热效应

采用真空电弧炉熔炼法制备MnCo_(0.95)Cu_(0.05)Ge合金,并分别利用X射线衍射和物性测量系统研究了其结构、磁性和磁热效应。室温下的X射线衍射数据表明,样品呈现六角(Ni_2In型)单相结构;随着温度降低,样品发生顺磁-铁磁二级相变,其居里温度T_C约为257 K。T_C以下样品呈现强铁磁性,这主要是由次晶格Mn-Mn原子间的交换作用引起的。在T_C附近,合金样品显示了巨大的磁热效应;当外加磁场变化为2、5和7 T时,最大磁熵变分别达到了4.49、10.19和13.64 J/(kg·K),相对应的制冷量分别为103.27、249.66和347.82 J/kg。     

Gd3Al2系合金磁热效应的比较

用真空高频磁悬浮炉制备了Gd3＋xAl2-x（x=0,0.1,0.2,0.3）合金、Gd3-XZnxAl2（x=0、0.1、0.3、0.6）合金和Gd3-xMnxAl2（x=0、0.1、0.2、0.3、0.6）合金。用直接测量法测量了在1.5 T磁场下这3组合金的磁热效应。结果表明,在1.5 T磁场下,Gd3＋xAl2-x合金中X=0.1时,其最大绝热温度变化ΔTad最高,为2.1 K;Gd3-xMnxAl2合金中Gd2.7Mn0.3Al2的居里温度Tc最高,达到290 K。     

室温磁致冷材料的研究进展

对室温磁致冷材料的最新进展作了综合报道,主要包括Gd、Gd-Si-Ge、La-Fe-(Si、Al)、Mn-As-Sb、Mn-Fe-P-As几个化合物系列。Gd,居里温度294K,其磁热性能在所有纯金属中最好;Gd5Si2Ge2,居里温度274K,在此温度处具有巨磁热效应;在La-Fe-Co-Si、La-Fe-Co-Al化合物中,改变Co的含量可以使化合物的居里温度得到调整,其磁热性能可以与Gd比拟甚至超过Gd;MnFeP0.45As0.55,居里温度308K,具有巨磁热效应,磁热性能远远超过Gd。在MnAs1-xSbx化合物中,随Sb(0相似文献