C掺杂对La-Fe-Si合金快淬条带磁热性能的影响

发布时间：2017-08-31 21:25

  本文关键词：C掺杂对La-Fe-Si合金快淬条带磁热性能的影响

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【摘要】：在目前研发的这些磁制冷材料中,La-Fe-Si系合金因其具有磁热效应高、原材料廉价、节能环保等优点而被认为是一种应用前景广阔的室温磁制冷材料。但此合金存在居里温度尚达不到室温附近、最大等温磁熵变在低磁场条件下较差、制备工艺耗时较长等缺点,从而限制其在实际工业生产中的应用。本文结合凝固过程理论,通过熔体快淬方法制备了LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_x(x=0,0.1,0.2,0.3)系合金的快淬条带,探究了不同C掺杂量、不同热处理时间对凝固过程、热处理过程中的La-Fe-Si系合金快淬条带的相组成、磁性能的影响,解释了LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_(0.2)快淬条带在1273 K温度下,经过2 h热处理时获得最佳磁热性能的原因。主要结果如下:1、C的掺杂有利于La-Fe-Si系合金中La(Fe,Si)_(13)相的形成。由于C的掺杂促进了快速凝固过程中La(Fe,Si)_(13)相的竞争形核与析出,相较于未掺杂C的La-Fe-Si合金,LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_x(x=0.1,0.2,0.3)合金在未热处理时已经获得较多的La(Fe,Si)_(13)相。2、C的掺杂有利于提高La-Fe-Si系合金的居里温度至室温附近,一定的C掺杂量有利于获得较高的最大等温磁熵变。在1273 K温度下热处理20 min后,LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_x(x=0.1,0.2,0.3)合金快淬条带的居里温度由210 K(x=0)提高到262 K(x=0.3),这是由于C掺杂使NaZn13型立方结构的晶胞发生膨胀,使Fe-Fe间铁磁相互作用增强,居里温度升高。LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_x(x=0.1,0.2,0.3)合金快淬条带在x=0.2时,获得最佳的磁热效应。在x0.2时,LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_x合金由一级磁转变变为二级磁转变,合金的磁热效应较差。3、在1273 K温度下,增加热处理时间大幅提高LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_(0.2)合金的居里温度至室温附近,一定的热处理时间有利于获得最佳的最大等温磁熵变。增加热处理时间有利于C原子有效的掺杂进入La(Fe,Si)_(13)相的晶胞,进而提高了合金的居里温度。在1273 K温度下,LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_(0.2)合金快淬条带在经过2 h热处理时获得最佳的等温磁熵变,为9.45 J/(kg?K),这是因为在LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_(0.2)快淬条带中,形成了大量均匀的La(Fe,Si)_(13)相,均匀接触的细小α-(Fe,Si)相及LaFeSi相促进了共析反应的进行;继续延长热处理时间,La(Fe,Si)_(13)相的分解及La_2O_3的产生不利于磁热效应。4、快速凝固过程有利于细化LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_x(x=0.1,0.2,0.3)合金的微观组织。快速凝固过程中细化了α-(Fe,Si)相、LaFeSi相、La(Fe,Si)_(13)相的晶粒,为随后热处理过程中的共析反应提供了良好的元素扩散路径和相扩散路径,有利于共析反应的进行,从而起到缩短热处理时间的作用。
【关键词】：C掺杂 La-Fe-Si合金 熔体快淬 磁热性能 微观组织
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.45;TB64
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-29
• 1.1 引言12
• 1.2 磁制冷简介12-15
• 1.2.1 磁热效应的热力学原理13-15
• 1.2.2 磁制冷技术的分类15
• 1.3 室温磁制冷材料15-20
• 1.3.1 室温磁制冷材料的性能表征15-17
• 1.3.2 室温磁制冷材料的研究现状17-20
• 1.4 室温La-Fe-Si系磁制冷材料20-27
• 1.4.1 La-Fe-Si系合金的磁性和晶体结构20-21
• 1.4.2 La-Fe-Si系合金的研究进展21-24
• 1.4.3 La-Fe-Si系合金的制备工艺24-27
• 1.5 选题思路及研究内容27-29
• 1.5.1 选题思路27
• 1.5.2 研究内容27-29
• 第二章 实验方法及设备29-38
• 2.1 工艺流程29
• 2.2 合金成分设计29-30
• 2.3 实验样品制备30-33
• 2.3.1 真空电弧熔炼30-31
• 2.3.2 真空熔体快淬31-32
• 2.3.3 真空热处理32-33
• 2.4 实验样品分析测试33-38
• 2.4.1 碳硫分析33-34
• 2.4.2 X射线衍射分析34-35
• 2.4.3 磁性能分析测试35-36
• 2.4.4 扫描电子显微镜36
• 2.4.5 双聚焦离子束透射样品制备36-37
• 2.4.6 透射电子显微镜分析37-38
• 第三章 C掺杂对LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_x (x=0, 0.1, 0.2, 0.3)快淬条带相组成及磁热性能的影响38-49
• 3.1 引言38
• 3.2 C掺杂对凝固过程中LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_x (x=0, 0.1, 0.2, 0.3)合金条带相组成及磁热性能的影响38-43
• 3.2.1 C掺杂对LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_x (x=0, 0.1, 0.2, 0.3)合金淬态条带相组成的影响38-39
• 3.2.2 C掺杂对LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_x (x=0, 0.1, 0.2, 0.3)合金淬态条带磁性能的影响39-43
• 3.3 C掺杂对热处理过程中LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_x (x=0, 0.1, 0.2, 0.3)快淬条带的相组成及磁热性能的影响43-48
• 3.3.1 C掺杂对热处理后的LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_x (x=0, 0.1, 0.2, 0.3)合金快淬条带相组成的影响43-44
• 3.3.2 C掺杂对热处理后的LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_x (x=0, 0.1, 0.2, 0.3)合金快淬条带磁性能的影响44-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 在 1273 K温度下，不同的热处理时间对LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_(0.2) 合金快淬条带相组成、磁性能及微观组织的影响49-63
• 4.1 引言49
• 4.2 不同的热处理时间对LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_(0.2) 合金快淬条带相组成的影响49-50
• 4.3 不同的热处理时间对LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_(0.2) 合金快淬条带磁性能的影响50-55
• 4.4 不同的热处理时间对LaFe_(11.5)Si_(1.5)C_(0.2) 合金快淬条带微观组织的影响55-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 5.1 全文总结63-64
• 5.2 创新性64
• 5.3 未来的展望与设想64-65
• 参考文献65-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果70-71
• 致谢71-72

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本文编号：768017