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本论文以开发应用于室温区的新型磁制冷材料为目的,研究了La(Fe,Co,Al)13磁制冷材料的磁卡效应。具体研究了Co对Fe的部分替代,稀土金属Pr、Nd对La的部分替代对1∶13相成相、结构和磁性能的影响,以及缩短热处理时间等工艺变化对1∶13相包晶反应成相过程和微观相构成的影响。
采用金属Co替代Fe,设计了成分为La(Fe1-xCox)11.7Al1.3(x=0.072,0.081)的样品合金。研究表明随着Co含量的上升,样品的晶格常数减小,居里温度将升高,同磁场下铁磁态磁化强度上升,但不影响1∶13相成相。La(Fe0.919Co0.081)11.7Al1.3的居里温度为311.4K。当外场变化为1.9T时磁熵变达到3.6J/(kg·K),RCP值为168.6J/kg,虽然其磁熵变小于具有巨磁熵变的磁制冷材料,但是它在磁场为1.9T时的制冷能力和这些材料相当。结果表明这种材料可成为空调磁制冷较好的候选工质之一。
稀土族金属的元素替代也对1∶13相的晶格常数和磁性能都产生影响。因La本身不贡献磁矩,而Pr、Nd的原子磁矩都高于La,因此本文研究了Pr、Nd替代La(Fe1-xCox)11.7Al13(x=0.072,0.081)中的La之后形成的La1-yRy(Fe0.928Co0.072)11.7Al13(y=0,0.1;R为Pr或Nd)和La1-yRy(Fe0.919Co0.081)11.7Al1.3(y=0,0.2;R为Pr或Nd)的晶体结构和磁性能。使用Pr、Nd替代La后不影响成相,但晶格常数变小,居里温度有所下降,铁磁—顺磁转变温区变宽,铁磁态时相同磁场下的磁化强度上升,磁熵变和相对制冷能力也增大。
此外,本文还研究了缩短热处理时间等工艺变化对1∶13相包晶反应成相和微观相构成的影响。分析了快淬可以缩短退火时间促进1∶13相成相的原因,通过扫描电镜还分析了热处理后样品的相组成及热处理时间对相构成的影响。