含Co磁热合金的制备与性能研究

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随着社会的发展,人们对环保和能源的利用率越来越重视。目前的压缩制冷技术能耗大,噪音高等缺点阻碍着节能减排和环境友好的步伐。然而磁制冷技术以其无污染、噪音小、功耗低、体积小、效率高等优点,且具备完全替代气体压缩制冷的可能性而备受人们关注,现已成为下一代新型制冷技术热门候选之一。磁制冷技术是利用磁工质的磁热效应,在磁化时向外界放热,退磁时从目标空间吸热从而达到制冷的目的。磁制冷材料是磁制冷技术的关键,其性能的好坏直接决定了磁制冷机的制冷效率。本文首先简述了磁制冷材料的现状和发展,对目前的热门磁制冷材料进行了综述,并提出了磁制冷材料未来的可能发展方向。在众多的磁制冷材料当中含Co磁热合金以其制备工艺简单,重复性好和磁性能连续可调等优势而备受关注。因此本文在对实验内容和方法作了简要介绍之后,分别对Gd1-xHoxCo2(x=0,0.2,0.4,0.6)、MnCo1-xFexSi(x=0.2,0.3,0.4,0.5)、Mn1-xZnxCoSi(x=0.1,0.3,0.5)合金的制备工艺、晶体结构以及磁热性能等方面进行了详细的研究。1、采用熔炼工艺制备了Gd1-xHoxCo2(x=0,0.2,0.4,0.6)合金,研究了Ho掺杂对合金相结构、磁热性能的影响。结果表明:该合物具有MgCu2类型的Laves相结构,含有少量的GdCo3第二相;Gd1-xHox Co2系列化合物的居里温度(TC)随x含量的增加而呈线性下降的关系,从399K降低到了236K,调节幅度达到了67%,且当x=0.4时其居里温度(Tc=303K)在室温附近,为实际应用提供了可能;在外磁场的变化分别为ΔH=2T和ΔH=5T下,Gd1-x HoxCo2最大磁熵变分别为2.1 J/(kg·K)和4.0 J/(kg·K),变化幅度不大,但在5T时的相对制冷量(RC)却从x=0的158.3 J/kg增加到了x=0.6的254.6J/kg,增幅达到60.8%;Arrott曲线理论分析表明,Gd1-xHoxCo2化合物在居里点附近发生了从铁磁到顺磁的转变为二级相变。2、采用熔炼工艺制备了MnCo1-xFexSi(x=0.2,0.3,0.4,0.5)合金,研究了Fe掺杂对MnCo1-xFexSi合金的结构、磁热性能的影响。研究表明:退火态的MnCo1-xFex Si合金均形成了单一的正交的TiNiSi型MnCoSi相;MnCo1-xFexSi合金的居里温度随铁含量的增加而降低,热滞则随着铁含量的增加而降低。在外磁场的变化ΔH=5 T时,x=0.2、0.3、0.4、0.5时对应的居里温度分别为365K、315K、265K、212K;MnCo1-x FexSi合金相对应的最大磁熵变,整体趋势随铁的添加量的增加而增大。当外磁场的变化ΔH=5 T时,x=0.2、0.3、0.4、0.5,相对应的最大等温磁熵变分别为5.8、5.5、5.8、6.2 J/(kg·K)。3、采用熔炼工艺制备了Mn1-xZnxCoSi(x=0.1,0.3,0.5)合金,研究了Zn掺杂对Mn1-xZnxCoSi合金的结构、磁热性能的影响。尽管Zn的添加量不同,Mn1-xZnxCoSi合金均能保持单一的正交TiNiSi型MnCoSi相;Mn1-xZnxCoSi合金的随着x的增加,即Zn添加量的增多,居里温度逐渐升高。当x=0.1、0.3、0.5,合金相对应的居里温度分别为352 K、363 K、373 K;对等温磁化曲线分析表明Mn1-xZnxCoSi合金的最大磁熵变随随Zn的添加量的增大而减小,0-5T外磁场变化下,它们对应的最大磁熵变值分别为5.8、5.6、5.0 J/(kg·K)。
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