不同元素掺杂对Gd基非晶合金磁热性能的影响

作     者：张汉鑫 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：兰司;彭国

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：稀土Gd基非晶合金 热稳定性 磁性 磁热效应 

摘      要：磁制冷技术与传统的气体压缩制冷相比,具有节能高效、环境友好、运行可靠等特点,因此引起人们广泛的关注。磁制冷工质的选择关乎着磁制冷技术的使用温度范围和制冷能力,因此,寻找合适的工质成为磁制冷发展需要解决的首要问题。由于非晶合金具有可调节的磁相变温度,小的热滞损耗,高的电阻率等特点被广泛研究应用于磁制冷,稀土基非晶合金因为其具有较可观的磁热效应而尤为突出。以此为背景,本文系统的研究了不同元素掺杂对Gd基非晶合金的热稳定新和磁热效应的影响。首先,我们成功制备了具有二级磁相变的GdDyMSi(x=5,20;M=Fe,Co,Ni)系列非晶条带,并研究了稀土元素Dy的掺杂对这一系列非晶合金条带的热稳定性及磁热性能的影响。我们发现减少Dy元素的含量所制备的GdDyMSi合金条带,更容易形成完全的非晶态,且具有更高的磁相变温度,同时具有更大的磁制冷能力。其次,我们用Al元素代替Si元素制备了GdDyMAl(M=Fe,Co,Ni)非晶合金条带,来研究不同轻元素掺杂对Gd基非晶合金的热稳定性及磁热效应的影响。通过对比发现,含有Al元素的样品,虽然其居里温度有所下降,且磁熵变也有所减小,但是却具有更大的磁相变温度范围,使其呈现出更大的制冷能力,GdDyFeAl的制冷能力RC值达到了1039.2 J/kg。最后,我们研究了过渡元素Fe的掺杂对Gd基非晶合金的热稳定性及磁热性能的影响。研究表明,随着Fe含量的增大,样品的居里温度逐渐增大,GdDyCoSiFe的居里温度达到了286 K,非常接近室温。虽然随着Fe含量的增大,非晶合金的磁熵变有所减小,但却具有更大的磁相变温度范围,因此具有更大的制冷能力。GdDyCoSiFe在低温范围出现了类似平台型(table-like)的磁熵变曲线,其制冷能力RC值为823.2 J/kg,在磁制冷方面具有很大的竞争力。