La_(1.1)Fe_(11.4)Si_(1.55)Ge_(0.05)合金的磁热效应

使用电弧熔炼法制备了La1.1Fe11.4Si1.55Ge0.05合金。研究了用少量的Ge替代Si后,La1.1Fe11.4Si1.55Ge0.05合金的磁性和磁热效应。粉末X射线衍射结果表明:在1273K真空退火处理10d后,合金La1.1Fe11.4Si1.55Ge0.05主相为NaZn13型立方结构,存在微量的α-Fe相。热磁曲线M-T与Arrott曲线表明:在居里温度Tc=205K处发生由铁磁性(TTc)转变为顺磁性(TTc)的二级磁相变。在磁场变化0～1.5T下,根据等温磁化曲线通过Maxwell关系式计算得出最大磁熵变-ΔSmmax=9J.kg-.1K-1。Ge替代Si后该合金在其居里温度Tc处-ΔSm-T曲线半高宽增大,使合金的相对制冷能力RCP(S)有所提高。     

LaFe11.2Co0.7Si1.1Bx合金在室温区的大磁热效应

从室温磁制冷目的出发,用工业纯原料制备了具有NaZn13型结构的稀土铁基化合物LaFe11.2Co0.7Si1.1Bx(x=0,0.1,0.2,0.25,0.3,0.4,0.5),并对其磁热效应进行了研究.实验结果表明,LaFe11.2Co0.7Si1.1Bx合金在室温区具有大磁热效应,在x＝0.2时,磁熵变|ΔSm|的峰值位于居里温度TC＝270K处,1.5T外磁场下达到7.3J/kg·K,直接测量绝热温变ΔTad达到2.7K;B元素作为置换原子和间隙原子进入NaZn13相,显著提高了合金的磁熵变和居里温度.     

吸放氢对La_(0.8)Ce_(0.2)Fe_(11.44)Si_(1.56)合金磁热性能的影响

通过吸氢、放氢调节La0.8Ce0.2Fe11.44Si1.56Hy合金的居里温度,利用X射线衍射物相分析(XRD)和振动样品磁强计(VSM)测量了合金的相结构和磁性曲线。结果表明:La0.8Ce0.2Fe11.44Si1.56合金吸氢后磁性能稳定,同时由于巡游电子变磁(IEM)转变减弱导致磁滞显著减小,但可以保持较大等温磁熵变。在0~1.5 T外加磁场下La0.8Ce0.2Fe11.44Si1.56Hy合金的最大等温磁熵变可以达到11.3 J·(kg·K)-1,大约是金属Gd的4倍。一定温度下、不同保温时间的放氢工艺可对氢含量进行微调,使La0.8Ce0.2Fe11.44Si1.56Hy合金的居里温度在283~316 K之间可调,而且不会影响合金等温磁熵变的大小,因此通过吸、放氢可以有效的在室温附近调节La0.8Ce0.2Fe11.44Si1.56Hy的居里温度。     

通过拟合磁化曲线计算钙钛矿锰氧化物La_(1.2-x)Tb_xSr_(1.8)Mn_2O_7(x=0,0.05)的磁熵变

采用传统高温固相反应法制备La_(1.2-x)Tb_xSr_(1.8)Mn_2O_7(x=0,0.05)多晶样品,利用振动样品磁强计(VSM)测量了样品在不同温度下的磁化强度随外场变化曲线(M-H),然后利用正交多项式最小二乘拟合方法对钙钛矿锰氧化物La_(1.2-x)Tb_xSr_(1.8)Mn_2O_7(x=0,0.05)的磁化强度曲线进行拟合,再根据磁熵变的热力学公式计算出样品的磁熵变值。通过计算得到La_(1.2-x)Tb_xSr_(1.8)Mn_2O_7(x=0,0.05)多晶样品的居里温度分别为123 K和75 K,在外加磁场20 k Oe下x=0样品和x=0.05样品的最大磁熵变值分别为2.26 J/(kg·K)和1.6 J/(kg·K),所以x=0样品可作为高温区(77 K以上)磁制冷材料,而x=0.05样品可作为中温区(20 K~77 K)磁制冷材料。计算结果显示,拟合数据和实验数据非常接近,结果比较满意,说明该方法适用于La_(1.2-x)Tb_xSr_(1.8)Mn_2O_7(x=0,0.05)多晶样品的磁熵变计算。     

热处理工艺对LaFe_(10.85)Co_(0.65)Si_(1.5)C_(0.2)化合物成相的影响

分析了LaFe10.85Co0.65Si1.5C0.2在不同温度下,经过不同时间热处理后的相组成、微观组织特点、相变和磁性能。XRD衍射结果表明,经过温度高于1353 K的3天热处理后,LaFe10.85Co0.65Si1.5C0.2样品均得到了具有NaZn13结构的基体相。但是α-Fe的含量随退火温度增加而逐渐增加。样品的居里温度在300 K左右,在2.0 T外加磁场下最大磁熵变-ΔSM达到4.7 J·kg-1·K-1,是一种很好的室温磁致冷材料。     

Si元素的添加对Ni43Mn46Sn11合金磁热效应的影响

通过对合金Ni43Mn46Sn11Six(x=0.0,0.1,0.2,0.3)磁热效应的研究,发现随着Si含量增加,合金的转变温度(TM)从187 K降到160K,合金的磁熵变也略微减小。在外场变化为3 T时,随着x的增加,合金的磁熵变分别为28.7,24.7,26.1和23.3 J.kg-·1K-1。此外,还利用连续和不连续降温两种方法对Ni43Mn46Sn11Six合金的等温磁化曲线进行了测量。发现两种测量方法测量的磁熵变值存在较大的差异,例如,对x=0的样品,在外场变化为3 T时,连续和不连续降温测量方法算得的磁熵变分别为28.74和38.56 J·kg-·1K-1。     

LaGd_(0.1)Fe_(11.4-x)Co_xSi_(1.6)(x=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9)合金的磁热效应

研究了LaGd0.1Fe11.4-xCoxSi1.6(x=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9)系列合金的结构以及磁热效应。室温XRD分析表明该系列合金除微量的α-Fe相外,均具有立方NaZn13型立方单相晶体结构,空间群为Fm-3c。晶格常数没有明显变化,分别为1.1458,1.1454,1.1458,1.1459,1.469nm。磁性测量表明该系列合金的Tc随着Co含量的增加而增加,分别为212,231,253,281,302K。在外磁场变化ΔB=1.5T时,最大的磁熵变随着Co含量的增加而减少,由x=0.1的13.8J降为x=0.9J.kg-.1K-1的1.5J.kg-.1K-1。并且随着Co含量的增加存在由一级相变转为二级相变的趋势。     

La0.6Pr0.4Fe11.4Si1.6B0.2合金及其氢化物的磁热效应

研究了La0.6Pr0.4Fe11.4Si1.6B0.2合金及其氢化物La0.6Pr0.4Fe11.4Si1.6B0.2Hy的制备工艺与磁热效应。室温XRD分析与SEM成分分析表明La0.6Pr0.4Fe11.4Si1.6B0.2合金主相为NaZn13型立方结构(空间群为Fm-3c),存在富La相(空间群为P4/nmm)与富Fe相。氢化物La0.6Pr0.4Fe11.4Si1.6B0.2Hy的晶格常数a由合金的1.2295 nm增大到1.2491 nm。DSC测定氢化物的氢含量y约为1.7。磁性测量结果表明:氢化物La0.6Pr0.4Fe11.4Si1.6B0.2Hy的居里温度TC由合金的198 K增至325 K,提高了127 K。在0～1.5 T外磁场下合金与氢化物最大磁熵变-ΔSmMax均为9.1 J.kg-.1K-1。氢化物La0.6Pr0.4Fe11.4Si1.6B0.2Hy在室温下搁置190 d后物相与磁热效应基本保持不变。     

La0.85 Ce0.15Fe11.4Si1.6合金磁热效应的间接测量和直接测量

采用X射线衍射和磁性测量等手段研究了金属间化合物La0.85 Ce0.15Fe11.4Si1.6的结构和磁热效应.结果表明,该化合物在211K附近经历了从铁磁到顺磁的二级相变.当外加磁场从OT增加到1.5T时.磁熵变为4.98J/kg·K.通过直接测量的方法得到了La0.85 Ce0.15Fe11.4Si1.6化合物在211K的1.0T～0T退磁场的绝热温变为1.1K.大的熵变值和绝热温变表明La0.85 Ce0.15Fe11.4Si1.6化合物很有潜力作为相应温区的磁制冷材料.     

LaFe_(11.9)Co_xSi_(1.1)C_(0.15)(x=0.70,0.75,0.80)合金的磁热性能

利用高频悬浮炉熔炼LaFe_(11.9)Co_xSi_(1.1)C_(0.15)(x=0.70,0.75,0.80)合金锭,高纯氩气环境下,在1363 K温度下退火144 h,随炉冷却到室温。对得到的样品进行XRD相图分析,主相均为Na Zn13型立方结构,且晶格常数随着Co含量的增多有所增大。LaFe_(11.9-x)Co_xSi_(1.1)C_(0.15)(x=0.70,0.75,0.80)合金的居里温度分别为291 K、296 K、303K,最大磁熵变为6.0 J/(kg·K)、5.6 J/(kg·K)、4.5J/(kg·K),即随着Co含量的增加,材料的居里温度逐渐升高,最大磁熵变值逐渐降低。并且,随着Co含量增加材料的抗压强度也逐渐增大,在x=0.80时最大抗压强度为749.6 MPa,通过计算LaFe_(11.15)Co_(0.75)Si_(1.1)C_(0.15)的RCP(S)值约为123.2 J/K,与Gd的相差不大,能够满足室温磁制冷机实用。     

粉末粘结工艺对La_(0.9)Ce_(0.1)Fe_(11.45)Si_(1.55)H_(1.8)合金磁热性能的影响

研究了La_(0.9)Ce_(0.1)Fe_(11.45)Si_(1.55)H_(1.8)合金及其粉末粘结样品的磁热性能,通过在吸氢后粉末化的合金中加入一定量的粘接剂,制备出块状的化合物,利用X射线衍射物相分析(XRD)和振动样品磁强计(VSM)测量了合金吸氢前后的相结构和磁性曲线。研究表明,粘结后的样品主相仍然为NaZn_(13)型立方结构,同时材料中存在少量的杂相α-Fe。氢原子进入晶格间隙导致合金的居里温度明显升高,但氢化物合金及其粉末粘结样品的最大等温磁熵变降低相比吸氢前更明显,一级相变特征减弱。粉末粘结样品的居里温度略微降低于氢化物合金。粘结化合物的最大等温磁熵变相对于氢化物合金也略微降低,但与二级相变金属Gd比仍保持较高的磁热性能。悬浮熔炼的La_(0.9)Ce_(0.1)Fe_(11.45)Si_(1.55)合金经1070℃退火处理144 h后样品居里温度190 K,最大磁熵变为11.82 J/(kg·K),经320℃和0.03 MPa压力吸氢6 h后,居里温度提高到335 K,最大磁熵变为6.7 J/(kg·K)。粘结氢化物在250 MPa压力下成型5 min后,获得样品的最大磁熵变为6.05 J/(kg·K),居里温度为331 K。     

热处理工艺对( Mn,Fe)2(P,Si)系列化合物磁性的影响

用机械合金化方法成功制备了Mn1.35Fe0.65 P1-x Six(x=0.56和0.57)化合物,分别采用了两种不同的工艺对化合物进行热处理.用X射线衍射仪、振动样品磁强计和绝热温变测量仪分别对样品的结构、等温磁熵变和绝热温变进行了测量.实验结果表明,经过两种不同热处理工艺处理的化合物都形成了Fe2P型六角结构,空间群为P62m,在经过淬火处理的Mn1..Fe0 eP0..Si0.56化合物中存在少量的(Mn,Fe) 5Si3第二相,空间群为P63/mcm.样品的居里温度都在室温附近,在278 ～296 K之间变化,不同热处理工艺对化合物的居里温度具有一定的影响.经过淬火处理的化合物存在较小的热滞和较大的等温磁熵变,两种化合物的热滞都由自然冷却处理时的5K降低到淬火处理时的3K.当Si的含量分别为0.56和0.57时,与经过自然冷却处理的化合物相比,经过淬火处理的化合物的最大磁熵变分别提升了33％和20％.在经过淬火处理的Mn1.35Fe0.65P0.44Si0.56化合物磁熵变最大,磁熵变的最大值为4.3J·kg-1·K-1.经过自然冷却处理的Mn1.35 Fe0.65P0.44 Si0.56化合物的最大绝热温变为1.2K.低成本的原料、较小的热滞、理想的制冷温区和较大的磁热效应使得Mn1.35 Fe0.65P1-xSix这一系列化合物在室温磁致冷方面有应用前景.     

MnP_(1-x)M_x系列合金的磁热效应

研究了1∶1型MnP基系列合金MnP1-xMx(M=Si,Sb,Ge,Zn,Sn)(x=0,0.1)的结构及其磁热效应。室温X射线衍射表明该系列合金的主相结构均为正交MnP结构,空间群为Pnma。在用Ge,Sb,Zn,Sn作为替代元素的合金中存在少量第二相Mn5.64P3。磁性测量表明该系列合金MnP1-xMx(M=Si,Sb,Ge,Zn,Sn)(x=0,0.1)的存在由铁磁-顺磁的二级相变。其居里温度Tc分别为286,295,294,295,295K。通过磁化曲线计算了MnP1-xMx(M=Si,Sb,Ge,Zn,Sn)(x=0,0.1)合金的最大等温磁熵变-ΔSm,均在0.7～1.3J.kg-.1K-1之间。     

Co、Mn对La(FeSi)_(13) B_x合金及其氢化物磁热性能的影响

在La(FeSi)_(13)基合金中加入少量间隙原子B后,分别以Co、Mn原子替代Fe原子,熔炼得到的合金样品再吸氢,利用X射线衍射物相分析(XRD)和振动样品磁强计(VSM)测量合金吸氢前后的相结构和磁性能。研究表明,用Co替代Fe原子后,La(FeSi)_(13)B_(0.2)合金的居里温度Tc提高,用Mn替代Fe原子后,La(FeSi)_(13)B_(0.1)合金的居里温度Tc会降低.两种替代都会使La(FeSi)_(13)B_x合金的等温磁熵变降低,但相对于金属Gd来说,其等温磁熵变还保持在一个相对较大的值。吸氢后添加Co和Mn的两种合金的居里温度Tc分别大幅度提升到378 K和279 K,而其等温磁熵变相对于吸氢前略微降低,分别降低为7.9 J/(kg·K)和6.9J/(kg·K)。     

NaZn_(13)型La_(0.8)Ce_(0.2)Fe_(11.6-x)Mn_xSi_(1.4)H_y(x=0.15,0.20)粘结复合物的磁热效应

通过熔炼炉反复熔炼,然后放入流动氩气退火炉中在1363 K下退火100 h后自由冷却至室温,饱和吸氢得到母合金La_(0.8)Ce_(0.2)Fe_(11.6-x)Mn_xSi_(1.4)H_y(x=0.15,0.2)。最后对其进行等质量塑性粘结得到复合物。XRD相图结果表明母合金的主相均为Na Zn13型立方结构(空间点群为Fm-3c)。由热磁曲线和磁熵变曲线可以明显看出,复合物的温变区间与两母合金相比有所增大,并且在0~1.5 T磁场下其熵变值依然比Gd的要高,最高约为4.05 J/(kg·K)。粘结得到的复合物磁熵变曲线的半峰宽也有所增加。复合物的RCP(S)值与两母合金相比相差不大,而制冷温变区间有所增大。抗压强度测量结果表明粘结复合物具有较好的机械性能,有利于在磁制冷机中应用。     

La0.8Ce0.2(Fe1-xCox)10.5Si2.5金属间化合物晶体结构和磁熵变特性研究

通过X射线衍射和磁性测量等手段对金属间化合物La0.8Ce0.2(Fe1-xCox)10.5Si2.5(x=0,0.02,0.04,0.06)系的结构、磁性以及磁熵变进行了研究.实验发现,La0.8Ce0.2(Fe1-xCox)10.5Si2.5系的晶体结构均保持立方NaZn13型结构.随着Co含量x的不断增大,晶格常数将单调减小,居里温度TC呈单调增加.当x=0.02时,该化合物在居里温度TC～239K具有较高的磁熵变︱ΔSM︱,在1 T的磁场下(ΔSM)max为2.87 J·kg-1·K-1.当x=0.04和0.06时,居里温度在室温附近,磁熵变有了一定程度的降低,但仍有可观的磁熵变.最后,对该系列合金作为近室温磁制冷工质的可能性作了适当地探讨.     

Tb3NiSi2合金磁相变与磁热性能研究

依据X射线衍射(XRD)与等温磁化曲线和等磁场变温磁化曲线,主要研究了Tb₃NiSi₂合金相结构与磁性相变和磁热性能。XRD表明,采用800℃保温14天,然后炉冷至室温的热处理方法制备的R3NiSi2(R=Tb,Dy,Ho,Er)合金中,主相均为Gd3NiSi2型正交结构(空间群:Pnma,No.62)相,但杂相R5Si3含量存在差异,其规律是从Er到Tb,含量依次减少,Tb₃NiSi₂合金样品基本为一个单相,其相应晶格常数分别为a=1.1240(8)nm,b=0.41009(8)nm,c=1.12058(1)nm。等温磁化曲线显示在50~300 K温度范围内,Tb₃NiSi₂合金仅展现出铁磁-顺磁相变,并没有在130,82,66,53 K等观察到相关文献报道的多重的反常反铁磁态-铁磁态(AFM-FM)相变。0.01 T磁场下的磁化强度对温度求导曲线(d M/d T)和0~2 T磁场下的Arrott图结果证实合金铁磁-顺磁二级磁相变居里温度(Tc)=88 K。居里外斯定理拟合表明合金中Tb³⁺粒子的有效磁矩为9.90μB(μB为玻尔磁子),同期望值μeff/Tb³⁺=g(J(J+1))1/2=9.72μB基本一致。在磁热性方面,Tb₃NiSi₂合金在0~2 T磁场范围内,低场响应性较差,铁磁态分子的有效磁矩远低于顺磁分子有效磁矩,最大磁熵变(-ΔSM_max)为3.2 J·kg^-1·K^-1;在对应的半高宽温跨(δTFWHM)=35.5K范围内,相对制冷量为113 J·kg^-1。     

MnFe1-xTixP0.63Ge0.12Si0.25（x=0,0.01,0.02,0.03）系列化合物的磁热效应

通过X射线衍射分析(XRD)和振动磁强计(VSM)磁性测量,研究了替代元素Ti替代Fe元素含量的MnFe1-xTixP0.63Ge0.12Si0.25(x=0,0.01,0.02,0.03)系列化合物的物相结构与磁热效应的影响。结果表明:该系列化合物的结构为Fe2P型六角晶系结构,空间群为P62m。主相均为(Mn,Fe)2(P,Ge,Si),并含有少量的第二相(Mn,Fe)3Si相。随着Ti原子替代Fe原子的增加化合物的晶格常数a增大,晶格常数c略有减小,晶胞体积V基本保持不变。随着Ti含量增加居里温度(TC)减小,热滞ΔThys的大小改进不太明显。MnFeP0.63Ge0.12Si0.25的TC为305 K,当外磁场变化为0～1.5 T时最大磁熵变的绝对值为14.8 J.(kg.K)-1。     

哈斯勒合金Ni-Mn-Sn的磁热效应

采用真空电弧熔炼法和高温淬火法制备了四元哈斯勒合金Ni50-xCuxMn36Sn14(x=0,2,4,6)的化合物。用X射线衍射仪和振动样品磁强计研究了合金的物相与磁热效应。结果表明,部分Cu元素对Ni的替代,并没有改变三元哈斯勒合金Ni-Mn-Sn原有的晶体结构,只是晶格常数开始有减小的趋势,晶胞的体积没有发生太大的变化。M-T曲线的结果表明,该系列哈斯勒合金样品在奥氏体相的铁磁交换作用增强,导致居里温度升高,而结构相变温度降低。此外,通过麦克斯韦方程计算了该系列合金的磁熵变(-ΔSm),在磁场变化为1.5 T的情况下,获得了Ni46Cu4Mn36Sn14合金在330 K附近的最大磁熵变(-ΔSmmax)约为2.0 J·(kg·K)-1。     

放氢温度对吸氢后La_(1-x)Ce_xFe_(11.44)Si_(1.56)合金磁热性能的影响

利用X射线衍射仪(XRD)和VSM测量La_(1-x)Ce_xFe_(11.44)Si_(1.56)合金吸氢前后的相结构及磁性曲线,利用DSC测量了La_(0.8)Ce_(0.2)Fe_(11.44)Si_(1.56)Hy的热重曲线。结果表明,La_(1-x)Ce_xFe_(11.44)Si_(1.56)合金及其氢化物的主相均为NaZn_(13)型立方结构,吸氢后合金的居里温度明显升高,在室温空气中放置一段时间后,仍能保持良好的稳定性;La_(0.8)Ce_(0.2)Fe_(11.44)Si_(1.56)Hy合金约从483 K到708 K一直处于失重状态,氢化物的失重率为0.19%;通过提高放氢温度,La_(0.9)Ce_(0.1)Fe_(11.44)Si_(1.56)Hy合金的居里温度降低,放氢温度每提高10 K居里温度下降10 K左右,但对合金的等温磁熵变影响很小,熵变最小的样品与无放氢样品的熵变相差仅0.616 J/(kg·K)。