筒式永磁室温磁制冷机的研制

包头稀土研究院已经研制出新型双筒式室温磁制冷机。每个筒均由两个内外同心嵌套的具有Halbach结构的NdFeB磁场系统组成,最大磁感应强度1.5 T。两内套磁体通过齿轮啮合同步联动运转,实现两工作空间磁场周期变化,并保持相位相反。以金属Gd颗粒作为蓄冷器的制冷工质,零负载条件下达到近18℃的冷热端温差。     

Influence of partial substitution of cerium for lanthanum on magnetocaloric properties of La_(1–x)Ce_xFe_(11.44)Si_(1.56) and their hydrides

The structure and magnetocaloric properties of La1–xCexFe11.44Si1.56 and their hydrides La1–xCexFe11.44Si1.56Hy（x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4） were investigated.The samples crystallized mainly in the cubic Na Zn13-type structure with a small amount of α-Fe phase as impurity.The lattice constants and Curie temperature presented the same change tendency with increasing of Ce content.For the hydrides, the influence of Ce content on lattice constants was weakened and the values of H concentration y were approximate to be 1.56.The La1–xCexFe11.44Si1.56 compounds exhibited large values of isothermal entropy change –ΔSm around the Curie temperature TC under a low magnetic field change of 1.5 T.The value of –ΔSm increased and then decreased with increasing Ce content, reached the maximum, 26.07 J/kg·K for x=0.3.TC increased up to the vicinity of room temperature by hydrogen absorption for the Ce substituted compounds, but TC only slightly decreased with increasing Ce content.The first-order metamagnetic transition was still kept in the hydrides and the maximum values of –ΔSm were lower than those of the La1–xCexFe11.44Si1.56 compounds, but still remained large values, about 10.5 J/kg K under a magnetic field change of 1.5 T.The values of –ΔSm were nearly independent of the Ce content and did not increase with increasing x for the hydrides.The La1–xCexFe11.44Si1.56Hy（x=0–0.4） hydrides exhibited large magnetic entropy changes, small hysteresis loss and effective refrigerant capacity covered the room temperature range from 305 to 317 K.These hydrides are very useful for the magnetic refrigeration applications near room temperature under low magnetic field change.     

LaFe_(11.4)Si_(1.6)B_y系列化合物的磁性和磁熵变

LaFe11.4Si1.6By(y=0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)系列化合物,通过添加少量的B后,可以明显的缩短退火时间。晶格常数随着B含量的增加先减小后增大。该系列化合物的热滞很小,B的添加对其热滞几乎没有影响。在外加磁场变化为0～1.5T时,等温磁熵变的最大值从19.1J/(kg.K)(y=0)逐渐下降到7.1J/(kg.K)(y=0.5)。该系列化合物在B含量较低时,处于居里温度(Tc)之上,存在比较明显的场致变磁转变特性。随着B含量增加到0.5时,场致变磁转变特性明显减弱。     

Cu掺杂对Mn_(1.28)Fe_(0.67)P_(0.48)Si_(0.52)化合物力学性能及磁性能的影响

在氩气保护下用高能球磨机械合金化和固相粉末烧结法制备了系列化合物Mn_(1.28)Fe_(0.67)P_(0.48)Si_(0.52)(x=0,0.5,0.10,0.15,0.20)。通过X射线衍射、同步辐射X射线吸收光谱和磁性测量研究了该化合物的物相结构与磁性能。Mn_(1.28)Fe_(0.67)P_(0.48)Si_(0.52)系列化合物为Fe2P型六角结构,空间群为P-62m。该系列化合物随着Cu掺杂含量的增加晶胞沿a,b方向收缩,沿c方向膨胀的趋势,但是晶胞体积无明显变化。同步辐射X射线吸收光谱分析结果表明,该系列化合物中Cu原子在3f晶位替代部分Fe原子。居里温度在x=0,0.05,0.10时变化不大,分别为255,242及257K;相转变速率随Cu含量的增加而变小。但在x=0.15时居里温度明显降至182K;相转变速率也回升,并在20K以内完成转变。在0~1.5T外加磁场变化下,最大磁熵变为11.1J/(kg·K)。力学性能随着Cu掺杂含量的增加而有显著提高,抗压强度从无掺杂时的P=53.64 MPa到x=0.20时P=136.65 MPa,增加率达到154%。     

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。     

Gd3-xZnxAl2系合金磁热效应的直接测量

用真空高频磁悬浮炉制备了Gd3Al2、Gd2.9Zn0.1Al2、Gd2.7Zn0.3Al2、Gd2.4Zn0.6Al2四种合金.用直接测量法测量了在1.5T磁场下这四种合金的磁热效应.结果表明,在1.5T磁场下,Gd3Al2、Gd2.9Zn0.1Al2、Gd2.7Zn0.3Al2、Gd2.4Zn0.6Al2的最大绝对温变分别为2.0K、1.4 K、1.1K和0.7K;当Zn含量为0.1时,居里温度为287K.     

热处理对LaFe_(11.2)Co_(0.7)Si_(1.1)B_(0.2)合金磁热效应的影响

在高温(1170℃)下对LaFe11.2Co0.7Si1.1B0.2合金进行0h,1h,3h,6h,24h和72h热处理,测量了其磁热效应,并利用XRD和SEM进行结构和相组织分析。结果表明合金铸态以α-Fe相为主,随着热处理时间增加,α-Fe相逐渐减少,而NaZn13相(1∶13相)增加,时间太长(72h)α-Fe相组织变大;磁热效应T-ΔTad曲线峰值也随着时间增加,在6h时达到最大值,之后下降,而居里点有所升高。     

稀土基室温磁工质的开发与磁制冷机的研究进展

作为一种固态制冷技术,室温磁制冷技术具有环境友好、能效高、运行可靠等优点,被公认有望替代传统的气体压缩制冷。磁制冷技术利用磁工质的磁热效应和主动式磁蓄冷技术实现制冷,主要集中于具有大磁热效应的磁工质的研发、永磁系统的设计以及换热系统的优化。二十世纪末至今,中国、美国、丹麦、德国、意大利、法国、斯洛文尼亚等国家先后开展了磁制冷方面的相关研究。本研究主要综述了现已在磁制冷机中取得应用的室温磁工质和室温磁制冷机所能达到的性能指标。已取得应用的室温磁工质可分为一级相变材料和二级相变材料,一级相变材料主要指La(Fe, Si)₁₃基化合物,二级相变材料主要是金属Gd及其合金,为室温磁制冷机中普遍采用的磁工质。根据运行方式的不同,室温磁制冷机可分为往复式磁制冷机和旋转式磁制冷机。从运行频率、磁工质、温跨、制冷能力等方面,本研究对比了不同典型的室温磁制冷机的性能。     

掺杂Sn对(La, Ce)(Fe, Al, Si)13 合金磁热效应和相变性质的影响

研究了磁制冷材料La_0.75Ce_0.25Fe_11.5-xAl_0.2Si_1.3Sn_x(x=0,0.05,0.1,0.2)的磁热效应和相变性质。X射线衍射结果表明,随着Sn掺杂浓度的增加,主相1:13相减少,α-Fe和LaFeSi相增加。引入密度泛函理论,结合实验结果得出,增加Sn掺杂浓度能够增大晶格常数,并增强相邻原子之间的交换相互作用,从而提高居里温度。当磁场变化为2 T时,体系中最大磁熵变为13.59 J·kg^-1·K^-1,其相对制冷能力为154 J/kg,具有成为磁制冷材料的潜力。通过Banerjee准则和等温熵变的场相关指数n确定当Sn掺杂浓度为0.05%(质量分数)时,合金由一级相变转变为二级相变。合金的相变行为对Sn含量非常敏感,可以通过调节Sn掺杂浓度,实现多级串联制冷。     

磁制冷技术研究现状

分析了磁制冷的热力学原理和常用的磁制冷循环过程，重点评述了室温磁制冷样机的研究进展及发展前景。