GdNiCo三元非晶合金的玻璃形成能力和磁热性能的研究

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Gd基非晶合金因为具有优异的玻璃形成能力和磁热性能,从而在磁致冷领域具有广泛的应用。本文主要探究添加不同含量的Co元素对Gd65Ni35非晶合金的玻璃形成能力、磁性能和磁熵变行为的影响,以及构建Gd65Ni35-xCox非晶复合材料的平台状磁熵变温度曲线。具体工作如下:利用λn判据和γm*判据选出Gd65Ni35非晶合金作为基础成分。制备出Gd65Ni35-xCox(x=5,10,15,20,25)合金,并进行X射线衍射(XRD)测试、差示扫描量热仪(DSC)测试,分析数据计算出合金的约化玻璃转变温度Trg、γ判据和γm判据等玻璃形成能力判据,结果表明少量添加Co(x=5,10)有利于提升Gd65Ni35非晶合金的玻璃形成能力,当x=15、20时,合金的玻璃形成能力没有明显的改变,当x=25时,合金不是完全非晶结构。通过综合物性测量系统(PPMS)对Gd65Ni35-xCox(x=0,5,10,15,20)非晶合金进行磁性能的测试,研究了 Gd65Ni35-xCoox非晶合金的磁性能和磁热性能。结果表明,随着Co含量的增加,合金的居里温度线性增加,当x小于20时,合金的磁熵变峰值也随着Co含量的增加而增加,这是由于Co元素的加入促进了 3d-3d直接交换作用和产生了多余的磁熵;Gd65Ni35-xCox(x=0,5,10,15,20)非晶合金都是标准的软磁材料,制冷能力都在750J/kg(5 T)以上,半高宽值都在80K(5 T)以上。研究了 Co掺杂后合金的磁熵变行为,结果表明Gd65Ni35-xCoox合金材料的磁熵变峰值对磁场的依赖性可以用表达式-ΔSm∝Hn来描述。构建Gd65Ni35-xCox非晶复合材料的平台状磁熵变温度曲线,构建后材料的磁热性能得到明显的提升,最高半高宽值提升了 35%,最大制冷能力提升了 10%,并且两种合金复合后最大Ericsson循环温度接近30 K,有效制冷能力RCeff接近220 J/kg(5 T)。因此可以通过设计,制备出更符合Ericsso循环的磁制冷材料,并且对后续的Gd-TM(其他元素)合金的研究奠定基础。
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