稀土掺杂对Fe-Si-Nb-B-Cu快淬合金的结构、磁性及磁热效应的影响

发布时间：2017-05-16 06:02

  本文关键词：稀土掺杂对Fe-Si-Nb-B-Cu快淬合金的结构、磁性及磁热效应的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：非晶合金内部原子排列短程有序、长程无序,具有独特的性能特点,其中Fe基非晶合金具有磁导率高、饱和磁化强度高和矫顽力低等优异的软磁性能。作为磁制冷材料的Fe基非晶合金,电阻率高、导热性能好,可有效降低涡流损耗,提高磁工质与流体的热交换速率,同时具有居里温度可调、磁有序转变温度跨度宽广、原材料价格低廉等优点,从而使Fe基非晶合金成为一类潜在的近室温磁制冷材料。Finemet型合金是最早发现的Fe基非晶纳米晶合金,典型成分为Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3。本文以Fe78Si4Nb5B12Cu1合金为基础成分,首先研究了轻稀土La、Pr的掺杂对合金的结构、热稳定性、磁性及磁热效应的影响。结果表明,所有合金通过熔体快淬均得到非晶结构,尽管La、Pr的掺杂对合金的非晶形成能力影响甚微,但可以有效提高合金的热稳定性。在1.5 T外加磁场作用下,Fe78-xPrxSi4Nb5B12Cu1(x=0,1,3,5,10)合金的最大磁熵变分别为1.38、1.38、1.72、1.49、1.36 J·kg-1K-1,小于一级相变材料的磁熵变峰值,但当Pr掺杂量x=3时,合金的磁熵变明显大于同磁场下的Nanoperm型合金Fe88Zr7B4Cu1(-ΔSM=1.32 J·kg-1K-1)。不同于La、Pr的掺杂效应,Ce掺杂的Fe78-xCexSi4Nb5B12Cu1(x=0,1,3,5,10)非晶合金的居里温度和最大磁熵变值随Ce含量增加而逐渐降低;当x=5和10时,合金的居里温度分别为305 K和281 K,在室温附近。对x=1、3、5、10四个成分的合金采用3种方法复合,即简单将带材层状叠加压紧,记为Com 1#;将带材依次叠加,带材之间采用导电银胶进行粘结,记为Com 2#;直接将带材研磨成粉末,使其均匀混合,记为Com 3#。研究结果表明,以上复合材料的磁熵变峰更加宽泛,最大磁熵变在较大的温度区间内几乎保持不变,温度跨度达80 K(275-355 K)。在0-5 T外场下Com 1#、Com 2#和Com 3#的RC值和ΔTFWHM分别为318、317、273 J·kg-1和203、196、200 K。大的RC值和ΔTFWHM使以上Finemet型Fe基非晶合金复合材料成为潜在的适用于磁埃里克森循环的磁制冷材料。最后,本文对重稀土Gd、Dy掺杂的Fe78-xRExSi4Nb5B12Cu1(RE=Gd,Dy)合金的磁性和磁热性能进行了研究,结果发现合金的居里温度随成分变化在较大温区连续可调。根据居里外斯定律计算,当RE=Gd、Dy时,Fe78-xRExSi4Nb5B12Cu1(x=0,1,3,5,10)非晶合金的有效磁矩分别为4.18、6.04、3.49、3.16、3.1μB和4.18、7.14、5.24、4.42、3.8?B。合金的磁熵变值与有效磁矩呈正相关,在x=1时达到最大值,在1.5 T外磁场下最大磁熵变分别为1.66和1.74 J·kg-1K-1。低廉的价格,连续可调的居里温度及大的磁熵变使Fe78-xRExSi4Nb5B12Cu1(RE=Gd,Dy)系非晶合金作为近室温磁制冷材料具有很好的应用前景。
【关键词】：室温磁制冷 居里温度 磁热效应 Fe基非晶合金 复合材料
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB64
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 引言11-12
• 1.2 磁制冷技术简介12-17
• 1.2.1 磁制冷技术的基本原理12
• 1.2.2 磁制冷技术的循环过程12-13
• 1.2.3 磁制冷技术的热力学基础13-15
• 1.2.4 磁制冷材料的衡量指标及选择依据15
• 1.2.5 磁制冷材料的制备与测量15-17
• 1.3 磁制冷材料的发展与现状17-24
• 1.3.1 晶体磁制冷材料17-20
• 1.3.2 非晶磁制冷材料20-23
• 1.3.3 磁制冷样机的研究进展23-24
• 1.4 本课题的研究目的及主要内容24-25
• 第二章 实验内容与方法25-31
• 2.1 样品的制备25
• 2.2 实验流程25-26
• 2.3 合金的结构分析26-27
• 2.4 合金的热稳定性分析27
• 2.5 合金磁性能及磁热效应的测量27-31
• 第三章 La、Pr掺杂对Fe_(78?x)RE_xSi_4Nb_5B_(12)Cu_1快淬合金的结构、热稳定性及磁热性能的影响研究31-41
• 3.1 引言31-32
• 3.2 Fe_(78?x)RE_xSi_4Nb_5B_(12)Cu_1(RE=La, Pr)快淬合金的结构和热稳定性32-33
• 3.3 Fe_(78?x)RE_xSi_4Nb_5B_(12)Cu_1(RE=La, Pr)快淬合金的磁性能和磁热效应33-37
• 3.4 Fe_(78?x)RE_xSi_4Nb_5B_(12)Cu_1(RE=La, Pr)快淬合金的相变特征37-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第四章 Fe_(78 x)Ce_xSi_4Nb_5B_(12)Cu_1快淬合金及其复合材料的结构、热稳定性及磁热性能研究41-50
• 4.1 引言41-43
• 4.2 Fe_(78 x)Ce_xSi_4Nb_5B_(12)Cu_1快淬合金的结构和热稳定性43-44
• 4.3 Fe_(78 x)Ce_xSi_4Nb_5B_(12)Cu_1快淬合金的磁性能和磁热效应44-46
• 4.4 Fe_(78 x)Ce_xSi_4Nb_5B_(12)Cu_1复合材料的磁性能和磁热效应46-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第五章 Gd、Dy掺杂对Fe_(78 x)RE_xSi_4Nb_5B_(12)Cu_1快淬合金的结构、热稳定性及磁热性能的影响研究50-59
• 5.1 引言50
• 5.2 Fe_(78 x)RE_xSi_4Nb_5B_(12)Cu_1(RE=Gd, Dy)快淬合金的结构和热稳定性50-52
• 5.3 Fe_(78 x)RE_xSi_4Nb_5B_(12)Cu_1(RE=Gd, Dy)快淬合金的磁性能52-55
• 5.4 Fe_(78 x)RE_xSi_4Nb_5B_(12)Cu_1(RE=Gd, Dy)快淬合金的磁热效应55-57
• 5.5 本章小结57-59
• 结论59-61
• 参考文献61-70
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果70-71
• 致谢71-72
• 附件72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陈远富,滕保华,陈云贵,涂铭旌,唐定骧;磁制冷发展现状及趋势:Ⅰ磁致冷材料[J];低温工程;2001年01期

2 李福安;松林;包黎红;哈斯朝鲁;特古斯;黄焦宏;;LaFe_(11．9-x)Co_xSi_(1．1)B_(0．2)(x=0．7，0．8，，0．9)合金的磁热效应[J];金属学报;2008年03期

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本文编号：369664