不同方法制备MnNiGe基合金块体及条带磁相变调控及其磁热性质研究

发布时间：2017-07-19 07:11

  本文关键词：不同方法制备MnNiGe基合金块体及条带磁相变调控及其磁热性质研究

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【摘要】：基于磁热效应的磁制冷技术因其高效节能、绿色环保等优点被誉为最有可能取代传统气体压缩制冷技术,其中一级磁性相变材料由于在相变点附近伴随有很剧烈的电阻和磁化强度的突变而备受人们关注。在众多磁相变材料中,Mn基合金不仅拥有大的磁热效应,而且相比于稀土合金其制备工艺简单、成本低廉,成为人们争相研究的热点。目前大多数探索和研究主要集中在合金块体和条带方面,合金棒材研究相对较少,棒材和条带一样,都经过一次快速冷却的过程,只需较短时间的退火处理就能够得到稳定的相结构和优异的磁性能。本文试图通过掺杂非铁磁大半径元素和铁磁元素两种方法调控出发生铁磁Ti Ni Si到顺磁Ni2In相的磁结构相变,实现低温TiNiSi相反铁磁到铁磁的翻转,同时分别通过主族元素In、棒材直径、退火时间和条带甩带速度调控MnNiGe基合金铸锭、棒材和条带的磁相变,并研究其磁热效应。主要内容如下:1、MnNiGe_(1-x)In_x系列合金铸锭的磁相变调控及其磁热性质本文通过高真空电弧熔炼的方法成功制备MnNiGe_(1-x)In_x(x=0.05、0.055、0.065)合金铸锭。正分MnNiGe合金在奈尔温度(TN=346 K)以下表现为螺旋反铁磁结构,在470 K时,会发生一个从低温正交TiNiSi型向高温六角Ni2In型的结构相变。实验表明,该合金铸锭在室温下以六角Ni2In结构为主相,同时掺杂少量正交TiNiSi相。大半径主族元素In对Ge的取代降低了样品的结构相变温度,实现了磁和结构相变的耦合,在室温附近实现从反铁磁TiNiSi相到顺磁Ni2In相的一级磁结构相变,在5 T磁场下获得大的磁化强度突变,MnNiGe0.95In0.05合金铸锭在外加磁场为5 T变化下在301 K得到最大的磁熵变值为4.82 Jkg~(-1)K~(-1),同时几乎没有磁滞的存在。2、MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材的磁相变调控及其磁热性质本文通过高真空电弧熔炼和铜模喷铸的方法成功制备直径为2.0 mm和4.8mm的MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材,通过Fe取代Ni实现第二类MnNiGe基磁结构相变。该系列合金棒材在室温下主要为六角Ni2In相,通过观察直径为4.8 mm的MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材侧面的SEM和TEM,发现存在疑似板条状马氏体,这种组织在其他MnNiGe基合金中鲜有报道。在5 T磁场下,直径2.0 mm,退火24h和100 h棒材的有效制冷能力分别为73.04 Jkg~(-1)K~(-1)和80.51 Jkg~(-1)K~(-1),直径4.8 mm,退火24 h棒材的有效制冷能力为87.12 Jkg~(-1)K~(-1)。直径改变对相变和磁熵变都有很大的影响,但是退火时间可以大大的缩短,24 h已经足够,与其他铸锭相比大大节约能源。3、Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金条带的磁结构相变及其磁热性质本文通过电弧熔炼和熔体快淬的方法成功制备Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金条带,研究甩带速度为10 m/s和20 m/s合金条带的磁热性质。研究表明,该合金条带在室温下以正交TiNiSi结构为主相,同时掺杂少量六角Ni2In相。Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金条带实现了第二类一级磁结构相变,伴随巨大的磁化强度突变,甩带速度为20 m/s的合金条带相比于10 m/s的合金条带的相变温度更低,实现甩带速度对磁相变的调控。在外加磁场为5 T下,速度为10 m/s和20m/s的合金条带的制冷能力分别为103.9 Jkg~(-1)和125.3 Jkg~(-1),同时磁滞损耗非常的小,预示着其有利于磁制冷实际应用。
【关键词】：磁热效应 磁结构相变 棒材 MnNiGe基合金
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB64
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 磁制冷和磁热效应10-12
• 1.3 固态相变简介12-13
• 1.4 磁性相变合金的研究进展13-17
• 1.4.1 磁弹性相变合金14-16
• 1.4.2 磁结构相变合金16-17
• 1.5 MnNiGe基合金研究进展17-20
• 1.5.1 第一类MnNiGe基合金磁结构相变17-19
• 1.5.2 第二类MnNiGe基合金磁结构相变19-20
• 1.6 研究目的和意义20-21
• 1.7 主要内容和技术路线21-23
• 1.7.1 主要内容21
• 1.7.2 技术路线21-23
• 第二章 样品的制备和性能表征23-29
• 2.1 实验仪器与设备23
• 2.2 样品制备23-27
• 2.2.1 配料23-24
• 2.2.2 熔炼24-25
• 2.2.3 熔体快淬25-26
• 2.2.4 铜模喷铸26-27
• 2.2.5 均匀化热处理27
• 2.3 结构和性能表征27-29
• 2.3.1 结构表征27
• 2.3.2 热分析方法27-28
• 2.3.3 磁学性质测量28-29
• 第三章 MnNiGe_(1-x)In_x系列合金铸锭的磁相变调控及其磁热性质29-38
• 3.1 引言29-32
• 3.2 样品制备和表征32
• 3.3 实验结果及分析32-36
• 3.3.1 MnNiGe_(1-x)In_x合金铸锭的XRD图谱32-33
• 3.3.2 MnNiGe_(1-x)In_x合金铸锭的DSC曲线33-34
• 3.3.3 MnNiGe_(1-x)In_x合金铸锭的热磁曲线和等温磁化曲线34-36
• 3.3.4 MnNiGe_(1-x)In_x合金铸锭的磁熵变曲线36
• 3.4 本章小结36-38
• 第四章 MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材的微观结构及其磁性能研究38-48
• 4.1 引言38-39
• 4.2 样品制备和表征39
• 4.3 实验结果和分析39-46
• 4.3.1 MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材的显微结构39-40
• 4.3.2 MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge金棒材XRD图谱40-42
• 4.3.3 MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材的热磁曲线42-43
• 4.3.4 MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材的等温磁化曲线43-44
• 4.3.5 MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材的磁熵变曲线44-46
• 4.4 本章小结46-48
• 第五章 Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金条带的微观结构及其磁性能研究48-57
• 5.1 引言48-49
• 5.2 样品制备和表征49
• 5.3 实验结果和分析49-55
• 5.3.1 Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金条带的显微结构49-50
• 5.3.2 Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金条带的XRD图谱50-51
• 5.3.3 Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金条带的热磁曲线51-52
• 5.3.4 Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金条带DSC曲线52-53
• 5.3.5 Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金条带等温磁化曲线53-54
• 5.3.6 Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金条带磁熵变54-55
• 5.4 本章小结55-57
• 结论57-58
• 参考文献58-64
• 攻读硕士期间发表的论文及专利64-65
• 致谢65-66

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本文编号：561680