【摘 要】
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目前,具有一级相变的NaZn13型La(Fe,Si)13基合金已经成为国际上公认的最有潜力的磁致冷材料之一。但是La(Fe,Si)13氢化物的综合磁致冷性能,比如热导率、抗压强度和抗腐蚀性等,无法在主动磁蓄冷样机上长时间使用,本文为解决这一问题展开了研究。通过50 MPa的氢气压力下烧结制备出了居里温度在室温附近的高α-Fe含量片状La0.9Ce0.1Fe11.7-xMnxSi1.3(x=0和0.
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目前,具有一级相变的NaZn13型La(Fe,Si)13基合金已经成为国际上公认的最有潜力的磁致冷材料之一。但是La(Fe,Si)13氢化物的综合磁致冷性能,比如热导率、抗压强度和抗腐蚀性等,无法在主动磁蓄冷样机上长时间使用,本文为解决这一问题展开了研究。通过50 MPa的氢气压力下烧结制备出了居里温度在室温附近的高α-Fe含量片状La0.9Ce0.1Fe11.7-xMnxSi1.3(x=0和0.35)氢化物块体;采用球磨法细化混合粉末并使用高气压热处理设备烧结制备出了La0.5Pr0.5Fe11.4Si1.6B0.2/Al氢化复合样品;使用高气压热处理设备烧结出低α-Fe相的La0.7Ce0.3Fe11.45Mn0.2Si1.35氢化物块体,并在其表面用化学法镀上Ni-P薄膜。利用XRD图谱分析相组成;利用扫描电子显微镜对样品表面和断口进行表征;利用超导量子干涉仪测量磁性;使用电化学工作站测量抗腐蚀性能。主要研究了过量α-Fe、Al复合和Ni-P镀层对La(Fe,Si)13氢化物磁致冷综合性能的影响。在50 MPa、500℃、48 h的烧结条件下制备了La0.9Ce0.1Fe11.7-xMnx Si1.3(x=0和0.35)氢化物块体。通过饱和吸氢使La0.9Ce0.1Fe11.7-xMnx Si1.3(x=0和0.35)块体的居里温度升高到354 K和301 K,在5 T磁场下磁熵变分别为16.4 J/kg·K和10.3J/kg·K。通过把烧结压力从40提高至50 MPa,α-Fe相含量从母合金的5.1%和5.8%增加到18.5%和20.1%,并且使抗压强度提高到245和421 MPa。结果显示,烧结出的La0.9Ce0.1Fe11.7-xMnxSi1.3(x=0和0.35)氢化物块体拥有优秀的机械性能。在290℃、40 MPa氢气压力下烧结10 min后,温度降至200℃并维持1 h,我们制备了La0.5Pr0.5Fe11.4Si1.6B0.2/Al复合氢化块体(重量比为5:1,10:1,60:1)。结果显示,经过Al粉的复合显著提高了抗压强度和热导率,但是绝热温变由于Al0.3Fe3Si0.7和Al5Fe2等第二相的形成和颗粒尺寸的降低大幅减少。其中比例为5:1和10:1的样品抗压强度分别达到了388和287 MPa,远大于1:60样品的40 MPa。另外,1:5样品的热导率为11.1 Wm-1K-1,是1:60样品2.3 Wm-1K-1的5倍。通过500℃、40 MPa、10 min的烧结条件制备了La0.7Ce0.3Fe11.45Mn0.2Si1.35片状氢化物,并在表面用化学方法镀上4至6μm的Ni-P薄膜。Ni-P薄膜显著提升了La0.7Ce0.3Fe11.45Mn0.2Si1.35片状块体的抗腐蚀性和热导率。结果显示,镀膜40min和镀膜60min样品的磁熵变在5 T磁场下仍然保持了17.2 J/kg·K和15.8 J/kg·K,略少于本体的19.4 J/kg·K。镀膜60 min样品的热导率为5.4 Wm-1K-1,镀膜40min样品的热导率为2.8 Wm-1K-1,均大于本体的1.8 Wm-1K-1。镀膜40min样品的自腐蚀电流密度比本体氢化物提高了7倍,阻抗提升了12倍。
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