本文關(guān)鍵詞：不同方法制備MnNiGe基合金塊體及條帶磁相變調(diào)控及其磁熱性質(zhì)研究

  更多相關(guān)文章： 磁熱效應(yīng) 磁結(jié)構(gòu)相變 棒材 MnNiGe基合金

【摘要】：基于磁熱效應(yīng)的磁制冷技術(shù)因其高效節(jié)能、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)被譽(yù)為最有可能取代傳統(tǒng)氣體壓縮制冷技術(shù),其中一級(jí)磁性相變材料由于在相變點(diǎn)附近伴隨有很劇烈的電阻和磁化強(qiáng)度的突變而備受人們關(guān)注。在眾多磁相變材料中,Mn基合金不僅擁有大的磁熱效應(yīng),而且相比于稀土合金其制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉,成為人們爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)。目前大多數(shù)探索和研究主要集中在合金塊體和條帶方面,合金棒材研究相對(duì)較少,棒材和條帶一樣,都經(jīng)過一次快速冷卻的過程,只需較短時(shí)間的退火處理就能夠得到穩(wěn)定的相結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的磁性能。本文試圖通過摻雜非鐵磁大半徑元素和鐵磁元素兩種方法調(diào)控出發(fā)生鐵磁Ti Ni Si到順磁Ni2In相的磁結(jié)構(gòu)相變,實(shí)現(xiàn)低溫TiNiSi相反鐵磁到鐵磁的翻轉(zhuǎn),同時(shí)分別通過主族元素In、棒材直徑、退火時(shí)間和條帶甩帶速度調(diào)控MnNiGe基合金鑄錠、棒材和條帶的磁相變,并研究其磁熱效應(yīng)。主要內(nèi)容如下:1、MnNiGe_(1-x)In_x系列合金鑄錠的磁相變調(diào)控及其磁熱性質(zhì)本文通過高真空電弧熔煉的方法成功制備MnNiGe_(1-x)In_x(x=0.05、0.055、0.065)合金鑄錠。正分MnNiGe合金在奈爾溫度(TN=346 K)以下表現(xiàn)為螺旋反鐵磁結(jié)構(gòu),在470 K時(shí),會(huì)發(fā)生一個(gè)從低溫正交TiNiSi型向高溫六角Ni2In型的結(jié)構(gòu)相變。實(shí)驗(yàn)表明,該合金鑄錠在室溫下以六角Ni2In結(jié)構(gòu)為主相,同時(shí)摻雜少量正交TiNiSi相。大半徑主族元素In對(duì)Ge的取代降低了樣品的結(jié)構(gòu)相變溫度,實(shí)現(xiàn)了磁和結(jié)構(gòu)相變的耦合,在室溫附近實(shí)現(xiàn)從反鐵磁TiNiSi相到順磁Ni2In相的一級(jí)磁結(jié)構(gòu)相變,在5 T磁場(chǎng)下獲得大的磁化強(qiáng)度突變,MnNiGe0.95In0.05合金鑄錠在外加磁場(chǎng)為5 T變化下在301 K得到最大的磁熵變值為4.82 Jkg~(-1)K~(-1),同時(shí)幾乎沒有磁滯的存在。2、MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材的磁相變調(diào)控及其磁熱性質(zhì)本文通過高真空電弧熔煉和銅模噴鑄的方法成功制備直徑為2.0 mm和4.8mm的MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材,通過Fe取代Ni實(shí)現(xiàn)第二類MnNiGe基磁結(jié)構(gòu)相變。該系列合金棒材在室溫下主要為六角Ni2In相,通過觀察直徑為4.8 mm的MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材側(cè)面的SEM和TEM,發(fā)現(xiàn)存在疑似板條狀馬氏體,這種組織在其他MnNiGe基合金中鮮有報(bào)道。在5 T磁場(chǎng)下,直徑2.0 mm,退火24h和100 h棒材的有效制冷能力分別為73.04 Jkg~(-1)K~(-1)和80.51 Jkg~(-1)K~(-1),直徑4.8 mm,退火24 h棒材的有效制冷能力為87.12 Jkg~(-1)K~(-1)。直徑改變對(duì)相變和磁熵變都有很大的影響,但是退火時(shí)間可以大大的縮短,24 h已經(jīng)足夠,與其他鑄錠相比大大節(jié)約能源。3、Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金條帶的磁結(jié)構(gòu)相變及其磁熱性質(zhì)本文通過電弧熔煉和熔體快淬的方法成功制備Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金條帶,研究甩帶速度為10 m/s和20 m/s合金條帶的磁熱性質(zhì)。研究表明,該合金條帶在室溫下以正交TiNiSi結(jié)構(gòu)為主相,同時(shí)摻雜少量六角Ni2In相。Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金條帶實(shí)現(xiàn)了第二類一級(jí)磁結(jié)構(gòu)相變,伴隨巨大的磁化強(qiáng)度突變,甩帶速度為20 m/s的合金條帶相比于10 m/s的合金條帶的相變溫度更低,實(shí)現(xiàn)甩帶速度對(duì)磁相變的調(diào)控。在外加磁場(chǎng)為5 T下,速度為10 m/s和20m/s的合金條帶的制冷能力分別為103.9 Jkg~(-1)和125.3 Jkg~(-1),同時(shí)磁滯損耗非常的小,預(yù)示著其有利于磁制冷實(shí)際應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：磁熱效應(yīng) 磁結(jié)構(gòu)相變 棒材 MnNiGe基合金
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB64
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 磁制冷和磁熱效應(yīng)10-12
• 1.3 固態(tài)相變簡(jiǎn)介12-13
• 1.4 磁性相變合金的研究進(jìn)展13-17
• 1.4.1 磁彈性相變合金14-16
• 1.4.2 磁結(jié)構(gòu)相變合金16-17
• 1.5 MnNiGe基合金研究進(jìn)展17-20
• 1.5.1 第一類MnNiGe基合金磁結(jié)構(gòu)相變17-19
• 1.5.2 第二類MnNiGe基合金磁結(jié)構(gòu)相變19-20
• 1.6 研究目的和意義20-21
• 1.7 主要內(nèi)容和技術(shù)路線21-23
• 1.7.1 主要內(nèi)容21
• 1.7.2 技術(shù)路線21-23
• 第二章 樣品的制備和性能表征23-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備23
• 2.2 樣品制備23-27
• 2.2.1 配料23-24
• 2.2.2 熔煉24-25
• 2.2.3 熔體快淬25-26
• 2.2.4 銅模噴鑄26-27
• 2.2.5 均勻化熱處理27
• 2.3 結(jié)構(gòu)和性能表征27-29
• 2.3.1 結(jié)構(gòu)表征27
• 2.3.2 熱分析方法27-28
• 2.3.3 磁學(xué)性質(zhì)測(cè)量28-29
• 第三章 MnNiGe_(1-x)In_x系列合金鑄錠的磁相變調(diào)控及其磁熱性質(zhì)29-38
• 3.1 引言29-32
• 3.2 樣品制備和表征32
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析32-36
• 3.3.1 MnNiGe_(1-x)In_x合金鑄錠的XRD圖譜32-33
• 3.3.2 MnNiGe_(1-x)In_x合金鑄錠的DSC曲線33-34
• 3.3.3 MnNiGe_(1-x)In_x合金鑄錠的熱磁曲線和等溫磁化曲線34-36
• 3.3.4 MnNiGe_(1-x)In_x合金鑄錠的磁熵變曲線36
• 3.4 本章小結(jié)36-38
• 第四章 MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材的微觀結(jié)構(gòu)及其磁性能研究38-48
• 4.1 引言38-39
• 4.2 樣品制備和表征39
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析39-46
• 4.3.1 MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材的顯微結(jié)構(gòu)39-40
• 4.3.2 MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge金棒材XRD圖譜40-42
• 4.3.3 MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材的熱磁曲線42-43
• 4.3.4 MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材的等溫磁化曲線43-44
• 4.3.5 MnNi_(0.85)Fe_(0.15)Ge合金棒材的磁熵變曲線44-46
• 4.4 本章小結(jié)46-48
• 第五章 Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金條帶的微觀結(jié)構(gòu)及其磁性能研究48-57
• 5.1 引言48-49
• 5.2 樣品制備和表征49
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析49-55
• 5.3.1 Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金條帶的顯微結(jié)構(gòu)49-50
• 5.3.2 Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金條帶的XRD圖譜50-51
• 5.3.3 Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金條帶的熱磁曲線51-52
• 5.3.4 Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金條帶DSC曲線52-53
• 5.3.5 Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金條帶等溫磁化曲線53-54
• 5.3.6 Mn_(0.45)Fe_(0.55)NiGe_(0.25)Si_(0.75)合金條帶磁熵變54-55
• 5.4 本章小結(jié)55-57
• 結(jié)論57-58
• 參考文獻(xiàn)58-64
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及專利64-65
• 致謝65-66

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