论文部分内容阅读
磁热效应因其在磁制冷中的潜在应用而备受关注。与目前广泛流行的传统气体制冷相比,磁制冷具有紧凑、高效、环保等一系列优点。一级磁性相变在晶体对称性和磁性结构方面都产生了显著的变化,从而产生了相当大的磁热效应。同时,对于一级磁性相变材料,当实现高磁热效应时,总是会出现不可避免的磁滞现象,从而降低制冷效率。因此,在达到大磁热效应的同时,研究降低磁性制冷合金的磁滞损耗具有重要意义。本文通过Ga取代MnCoGe1.02合金中的Ge元素,通过调控Ga取代Ge的含量,利用真空电弧炉制备MnCoGe1.02-xGax（x=0,0.02,0.04,0.06）合金,再对制备的合金进行真空封管,在温度为1123K的条件下热处理5天,其冷却方式是炉冷。采用X射线衍射仪、差示扫描量热仪（DSC）和综合物性测试系统（PPMS）等系统研究了该系列合金的晶体结构、马氏体相变的特征和磁性能,阐明了Ga元素的掺杂对合金性能的影响规律和作用机制。同时研究了二次热处理温度和时间对MnCoGe1.02-xGax（x=0.02,0.06）合金的马氏体相变和晶体结构的影响。实验结果表明:Ga的掺杂改变了MnCoGe1.02-xGax（x=0,0.02,0.04,0.06）合金的晶体结构,通过标定该合金的X射线衍射峰,室温（300K）下,x=0,0.02时,合金为正交TiNiSi马氏体与六角Ni2In奥氏体共存,x=0.02,合金的晶体结构虽然为马氏体相与奥氏体相共存,但是主要以奥氏体相为主;当x=0.04和0.06时,在室温下合金为六角Ni2In奥氏体相。通过对MnCoGe1.02-xGax（x=0,0.02,0.04,0.06）合金的DSC曲线分析,随着Ga含量的增加,合金的相变温度逐渐降低,当x=0,0.02时,合金的相变温度均处于室温附近,当x=0.04,0.06时,合金的相变温度均低于室温。影响MnCoGe1.02-xGax合金的相变温度的原因主要是由于Ga含量的增加降低了合金的价电子浓度从而降低了合金的相变温度。为了探究二次热处理的条件对MnCoGe1.02-xGax合金的马氏体转变温度、晶体结构以及合金磁性能的研究,本文选取MnCoGe Ga0.02和MnCoGe0.96Ga0.06两个合金试样在经过1123K、5天第一次热处理的基础上对其进行二次热处理,二次热处理的温度为973K,873K,773K,时间为5天;此外在873K温度下进行5天和3天二次热处理。得出结果如下:对于MnCoGe Ga0.02合金,在973K温度下进行二次热处理五天后的MnCoGe Ga0.02合金的相变温度与只经过第一次热处理的试样相比大幅度下降,随着二次热处理温度的再次降低,在873K、773K温度下的MnCoGe Ga0.02合金的相变温度与973K温度下相比几乎没有变化。对于MnCoGe Ga0.96Ga0.06合金,通过分析M-T曲线,结果表明,在773K温度下,二次热处理五天后,其相变温度大幅度升高,然而居里温度几乎不变。通过对MnCoGe Ga0.02合金和MnCoGe Ga0.96Ga0.06合金的X射线衍射峰标定得知合金的晶体结构,经过二次热处理的该合金在室温下均为六角Ni2In奥氏体相。对于MnCoGe Ga0.02合金,随着二次热处理温度的逐渐降低,其晶格常数也呈下降趋势,同时晶胞体积也随着热处理温度的降低而减小,从而引起相变温度的降低;在MnCoGe0.96Ga0.06合金中,该合金的X射线衍射图显示随着二次热处理温度的降低,其晶格常数和晶胞体积也呈减小趋势,且两种合金的有序度随着相变温度的降低而升高。第二次热处理的时间对MnCoGe Ga0.02合金相变温度的影响不大,对MnCoGe Ga0.02合金和MnCoGe0.96Ga0.06合金的晶体结构有一定影响,在室温下均为六角Ni2In结构的奥氏体相。MnCoGe1.02-xGax（x=0,0.02,0.04,0.06）合金为一级磁性相变材料,当x=0,0.02时,实现了磁结构的耦合;随着Ga含量的逐渐增大,相变温度与居里转变温度差逐渐增大,x=0.06时,两者之差最大,且均低于室温;同时在5T磁场作用下磁滞后接近为0,从而在达到较好磁熵变的同时有很好的制冷能力。通过磁熵变的计算可知MnCoGe Ga0.02的磁熵变值在5T,305K时达到最大,其数值为-23.47 J·K-1·kg-1,其制冷能力RC=387J·kg-1,其制冷能力是迄今为止在MnCoGe系合金中相对较高,故有望成为一种新型的室温磁制冷材料。然而MnCoGe1.02-xGax合金室温下的力学性能较差,本文也通过Gd替代Ni-Co-Mn-In合金中的In元素来研究其力学性能得知,对于Ni45Co5Mn37In13-xGdx合金,通过掺杂适量的稀土元素Gd,使Ni45Co5Mn37In13-xGdx合金的晶粒细化,以及Gd的掺杂会有第二相的产生,第二相二点弥散强化也会提高该合金的抗压强度和应变,从而提高Ni45Co5Mn37In13-xGdx合金的力学性能,当Gd元素浓度为0.5at.%时,其力学性能最好,所以在之后的研究中可通过在Mn-Co-Ge合金中掺杂适量的稀土元素来提高其力学性能。