LaFeSi基合金的微观结构及磁热性质研究

发布时间：2020-07-03 11:26

【摘要】：NaZn_(13)型结构的LaFe_(13-x)Si_x合金由于具有磁热效应高、居里温度可调和成本低等优点而最具潜力。针对普通LaFeSi磁体退火时间长和致密化难的不足,本文首先通过熔体快淬技术制备了LaFeSi合金薄带,后经放电等离子烧结技术制备块状LaFeSi磁体,重点研究了低熔点晶间相添加对磁体微观结构和磁热效应的影响,主要内容如下:首先,通过电弧熔炼、熔体快淬及后续热处理制备出了具有大磁熵变和磁滞损耗小的LaFe_(11.85)Si_(1.15)合金薄带。研究了不同热处理工艺对合金物相组成、微观结构演变、磁熵变、居里温度及巡游电子变磁转变的影响。研究发现,不同退火时间对合金的1:13相含量和磁热效应影响显著,退火10 h所制薄带的1:13相含量最高,磁熵变最大,其在0-5 T磁场变化下的最大磁熵变和制冷能力分别为20.54J?kg~(-1)?K~(-1)和417.21 J?kg~(-1),且具有明显的磁场诱导的巡游电子变磁转变现象。退火时间较短不利于1:13相的形成,而过长则会促使1:13相分解。其次,基于LaFe_(11.85)Si_(1.15)合金薄带,通过在放电等离子烧结过程中添加低熔点LaAl相,成功制备出了性能优异的LaFeSi/LaAl磁体,重点研究了不同LaAl添加量和热处理工艺对磁体微观结构和磁热效应的影响。研究发现,适量的LaAl添加能促进包晶反应的进行,获得具有较高1:13相含量的La Fe Si磁体。同时由于Al对包晶反应的不利影响,过量LaAl合金的添加并不利于1:13相的形成。其中,5 wt.%的LaAl添加量最有利于1:13相的形成。热处理工艺研究表明,1050℃/8h和1050℃/10 h退火条件均能制得具有优异磁热性能的La Fe Si磁体。对于LaAl添加量为5 wt.%的SPS LaFeSi磁体,其在0-5 T磁场变化下的最大磁熵变和制冷能力分别可达18.07 J?kg~(-1)?K~(-1)和327.55 J?kg~(-1)。烧结磁体中居里温度T_C的变化由Fe-Al原子间的反铁磁相互作用和Fe-Fe原子间的铁磁相互作用的共同作用所致。最后,基于具有高Si含量的LaFe_(11.3)Si_(1.7)和LaAl快淬合金粉末,通过放电等离子烧结技术将其制备成LaFeSi/LaAl磁体。研究发现,低熔点LaAl相的添加有效地促进了1:13相的形成,获得了具有较高1:13相含量的磁体。热处理工艺研究结果表明,退火时间的增加会促使磁体的相变性质由一级相变向二级相变过渡,因此烧结磁体的磁熵变虽然差异很大,但其制冷能力却因磁熵变曲线峰的拓宽而没有明显的降低。其中,1000℃/6 h退火条件下,LaFe_(11.3)Si_(1.7)/LaAl磁体的磁熵变最大,为12.40 J?kg~(-1)?K~(-1),而退火10 h的磁体的制冷能力最大,为318.40 J?kg~(-1)。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG132;TB64
【图文】：

原理图,磁制冷,原理图,吸放热

士学位论文第一熵变的改变，同时伴随着自身的吸放热过程。如图 1-1 所示，磁性材料经外加磁场而发生磁化，磁矩会沿着磁化方向有序，磁熵减小，系统的温度升高，向外界放出热量；当在绝热磁场的退磁过程中，磁矩又会变得杂乱无序，磁有序度降低温度降低，向外界吸收热量，通过期间的吸放热来达到制冷

一级相变,自由能,两相,热力学势

的相大多以固相、液相和气相存在。液体和气体通常只有一个相（除液动性液氦外）。而固体由于存在不同的点阵结构，其物理性质会有差异体可以存在不同的相。当固相在变化的温度、压力、磁场或电场等热力条件下不稳定时，其组织或结构会向更稳定的状态转变，这种不同相状转变即固态相变[7]。按相变热力学的研究可将其分为：1）结构变化，如氏体相变、熔化和多晶型转变等；2）化学成分的变化，如固溶体的脱溶3）有序度的变化，如铁磁-顺磁的磁性转变等[7]。发生固态相变时，虽然相变前后热力学势变化连续，但体积、熵、焓和力学势的各阶导数变化不连续。因此根据这种情况将相变分为一级相变变等。如图 1-2 所示，一级相变即相变前后，两相的自由能和热力学势相力学势的一阶偏微商不相等，如多晶型相变、凝固等；而二级相变则是两相的自由能和热力学势相等，热力学势的一级偏微商也相等，但二级相等，如部分有序无序转变、铁磁转变等[7]。其相关的自由能、体积和如图 1-3 所示。

【参考文献】