NaZn13型磁制冷材料La(Fe,Si)13的改性及其电化学渗氢研究

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NaZn13型磁制冷材料具备广阔的应用前景。但是本材料存在磁滞大、导热性能差和居里温度未达到室温等缺陷,而颗粒尺寸筛选、表面改性和掺杂间隙原子分别会对磁滞大、导热性能差和居里温度低有所改善。因此本论文研究了颗粒尺寸和退火工艺(673 K,30min)对材料磁滞的影响;研究了表面化学镀银对材料磁性能和热传导性能的影响;通过电化学电解方法实现对La(Fe,Si)13材料渗氢,并研究了渗氢时间、电压和温度对渗氢过程的影响。利用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪、振动样品磁强计、四探针测试仪分析了材料的相组成、表面形貌和元素成分、磁性能及电导性能。获得了如下主要结果:  1)筛分大于110μm、110-30m和小于30μm三种颗粒尺寸的La(Fe,Si)13粉末,研究颗粒大小对磁滞的影响。当颗粒大于110μm时,材料磁滞最大,约为4.44J/kg;而当颗粒小于30μm时,材料磁滞最小,约为2.01 J/kg;当对颗粒在673 K下退火30 min后,材料的磁滞进一步下降,其中尺寸小于30μm的La(Fe,Si)13化合物的磁滞仅为1.04 J/kg。  2)镀银时间和单位镀液中La(Fe,Si)13颗粒的含量对镀后材料性能有明显影响。镀银时间延长或单位溶液的粉末质量减少都会使材料表面Ag含量升高,但是材料的磁性能会出现明显下降:当1.5 g原粉镀银60 s后,其磁熵变从原粉的8.03J/(kg·K)下降到2.87J/(kg·K):材料的导热性能与导电性能成正比,所以本实验通过导电性能描述不同材料导热性能的关系。镀银后材料的热传导性能并不与镀银量成正比,其中导热性能最好(通过导电能力表征)的为5 g原粉镀银15 s。最佳镀银工艺及其综合性能为:5 g原粉镀银15 s,其磁熵变大小为8.51 J/(kg·K),居里温度为195 K,电导率是357.1 s/cm。  3)电化学渗氢过程中,电解电压、时间和温度都会对材料磁性能带来影响。当电压从-O.9 V降为-1.6 V时,经过2.5 h渗氢后样品居里温度提高了3 K;当渗氢时间延长后,材料的居里温度出现大的提高,与原样相比渗氢4 h后样品的居里温度提高了23 K;当渗氢温度为333 K时,材料的居里温度从196 K上升到328 K;渗氢后样品的磁熵变出现下降,这是因为渗氢后样品的相变类型从一级相变转变为二级相变。
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