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。     

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。     

LaFe11．5Si1．5By合金的磁热效应

LaFe11．5Si1．5By（y=0,0．1,0．2,0．3,0．4和0．5）系列合金,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含量的增加而逐渐增大。居里温度随着B的增加分别从183K升高到186K。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20．0J／kgK（y=O）逐渐下降到10．7J／kgK（y=0．5）。该系列化合物在B含量较低时,处于居里温度（R）之上则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。     

Gd3-xMnxAl2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出一系列的Gd3-xMnxAl2(x=0,0.1,0.2,0.3)合金。通过Mn对Gd的部分替代,研究了Mn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-xMnxAl2系合金的结构与Gd3Al2相同;随着Mn含量的增加,Gd3-xMnxAl2系合金的居里温度和磁熵发生了变化。说明Mn对Gd的部分替代改变了Gd3Al2合金的磁热效应。     

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。     

热处理工艺对粉末烧结样品La(Fe11.2Co0.7Si1.1)B0.25磁热效应的影响

采用SPS(放电等离子烧结技术)制备了La(Fe11.2Co0.7Si1.1)B0.25合金,并进行了不同时间的热处理。利用XRD及SEM检测了合金的相结构及组织结构,同时对合金的等温磁熵变和绝热温变进行了研究。结果表明,随热处理时间的增加,合金的α-Fe相逐渐减少,主相La(Fe,Si)13相逐渐增加,其等温磁熵变和绝热温变也都逐渐增加。     

Gd4(BixSb1-x)3系列合金在低磁场下的磁热效应

用高频悬浮炉熔炼了Gd4(BixSb1-x)3系列合金,利用X光粉末衍射技术确定其结构。在1.3T的磁场下,利用自制的△Tad-T曲线测量仪直接测量了该系列合金的磁热效应。发现Gd4(BixSb1-x)3系列合金在低磁场下具有较大的磁热效应,通过改变Bi的含量,其居里温度在267K～332K温度之间增加,从而在一个较宽的温度范围内能获得较大的绝热温变。在对退火前后的样品进行△Tad-T测量后,发现其热稳定性很好。实验结果说明Gd4(BixSb1-x)3系列合金是一种性能良好的磁致冷材料。     

双层NdFeB永磁磁组的设计及数值模拟

磁场系统的设计是磁制冷技术中重要的研究内容,设计了一种新型的NdFeB永磁磁组,并研究了不同参数下磁场的分布。设计的双层NdFeB永磁磁组可产生高匀强磁场,大小连续可调。三维有限元模拟结果表明,双层NdFeB永磁磁组中心轴线上最大磁感应强度随磁组高度的提高而增强,并趋于稳定。NdFeB磁块内外半径比的提高有利于提升匀强磁场的大小,但占用的空间和费用逐渐提高。NdFeB永磁块的剩余磁感应强度影响匀强磁场的大小,优化磁组尺寸和挑选不同型号的NdFeB永磁块可以实现匀强磁场大小范围的调节。     

La_(0.9)Ce_(0.1)Fe_(11.44)Si_(1.56)H_(1.56)粉末粘结块体的制备及磁热效应

通过高频熔炼、高温短时退火及吸氢的方法获得了饱和La_(0.9)Ce_(0.1)Fe_(11.44)Si_(1.56)H_(1.56)含氢合金,对吸氢后的样品进行研磨,采取粉末粘结及压制成型的方法制备出粘结La_(0.9)Ce_(0.1)Fe_(11.44)Si_(1.56)H_(1.56)块状含氢合金。利用扫描电子显微镜(SEM)、万能试验机、振动样品磁强计(VSM)及磁热效应(MCE)直接测量仪对样品的微观结构、力学性能和磁热效应进行了研究。吸氢之后含氢合金样品的Curie温度达到室温附近,但合金经吸氢后沿其晶界碎裂,力学性能下降,不适合磁制冷机的运行环境。在700 MPa的压力下,采用环氧树脂粘结的方法把脆化的含氢合金压制成圆柱状块体。粉末粘结后的含氢合金块体为多孔结构,在不同的颗粒之间存在有大量的孔隙和边界,研磨后粒度0.20 mm的块状含氢合金的最大抗压强度达到205 MPa。在1.5 T的低磁场下,具有比二级相变材料Gd金属和La-Fe-Co-Si-B合金更优异的磁热性能,绝热温变和等温磁熵变的最大值分别达到2.7 K和7.5 J·(kg·K)~(-1),可以作为室温磁工质应用于磁制冷机中。     

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。