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1、碩士學(xué)位論文稀土Gd基非晶納米晶復(fù)合磁制冷材料的制備與性能研究作者姓名莫瀚堯?qū)W科專業(yè)材料加工工程指導(dǎo)教師鐘喜春副教授所在學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院論文提交日期2018年5月PreparationandpropertyinvestigationofrareearthGd–basedcompositemagneticrefrigerationmaterialswithamorphous–nanocrystallinestructureAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：MoHanyaoSupervisor：Asso.Prof.ZhongXichu
2、nSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分類號(hào)：TB64學(xué)校代號(hào)：10561學(xué)號(hào)：201520115926華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文稀土Gd基非晶納米晶復(fù)合磁制冷材料的制備與性能研究作者姓名：莫瀚堯指導(dǎo)教師姓名、職稱：鐘喜春副教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士學(xué)科專業(yè)名稱：材料加工工程研究方向：磁性材料及器件論文提交日期：2018年5月2日論文答辯日期：2018年6月4日學(xué)位授予單位：華南理工大學(xué)學(xué)位授予日期：年月日答辯委員會(huì)成員：主席：邱萬奇教授委員：張新平教授；馬驍副教授；王剛副教授；袁斌教授摘要基于磁熱效應(yīng)（MCE）的磁制冷技術(shù)（MR）具備高效節(jié)
3、能，環(huán)境友好和易于小型化的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是最有前途取代氣體壓縮制冷的綠色制冷技術(shù)。埃里克森循環(huán)作為一種再生循環(huán)非常適合于大溫跨磁制冷機(jī)并被廣泛采用。為了實(shí)現(xiàn)埃里克森循環(huán)的高效運(yùn)行，需要在工作溫度范圍內(nèi)保持恒定的磁熵變（ΔSM），且寬化的(?ΔSM)?T曲線會(huì)導(dǎo)致更大的制冷能力（RC），因而開發(fā)具備寬化甚至平臺(tái)狀(?ΔSM)的磁制冷材料至關(guān)重要。構(gòu)建具備多重磁相變的原位非晶納米晶復(fù)合結(jié)構(gòu)是一種獲得平臺(tái)狀（?ΔSM）的可行方式。在本論文中，我們以Gd–Co(Fe)–Mn(Zn,B)系列合金為研究對(duì)象，通過成分調(diào)控和晶化熱處理的辦法，成功構(gòu)建了具備多重磁相變的Gd基非晶納米晶復(fù)合結(jié)構(gòu)并獲得了平臺(tái)狀的(
4、?ΔSM)?T曲線與優(yōu)化的制冷能力RC。我們以單輥快淬工藝制備得到Gd55Co45–xMnx（x=5,10,15,20）快淬合金。XRD結(jié)果表明所有Gd55Co45–xMnx合金均為非晶結(jié)構(gòu)。隨著Mn含量的增加，Gd55Co45–xMn（xx=5,10,15,20）快淬合金的居里溫度Tmax均減小。研究了晶化熱處理C和磁熵變峰值(–ΔSM)保溫時(shí)間對(duì)磁熱性能的影響以確定獲得最佳RC的工藝。經(jīng)后續(xù)600K/30min晶化熱處理，退火態(tài)Gd55Co35Mn10合金展現(xiàn)出平臺(tái)狀的(?ΔSM)?T曲線與優(yōu)化的RC。在0–5T外加磁場(chǎng)下，退火態(tài)Gd55Co35Mn10合金在137–180K溫區(qū)出現(xiàn)磁熵變
5、平臺(tái)且具有最優(yōu)的RC值（536J/kg）。平臺(tái)狀的(?ΔSM)?T曲線歸結(jié)于析出的Gd3(Co,Mn)和Gd12(Co,Mn)7相與非晶基體的共同影響。以50m/s銅輥線速度制備的Gd65–xCo35Zn10（x=0,10,20）快淬合金為非晶結(jié)構(gòu)。隨Gd含量的減少，磁熵變峰值(–ΔSmaxM)單調(diào)遞減而居里溫度TC單調(diào)遞增。Gd65Co35Zn10快淬合金經(jīng)600K分別保溫30，40和60min的熱處理后，XRD與TEM分析結(jié)果表明退火態(tài)Gd65Co35Zn10合金條帶中析出了Gd3(Co,Zn)和Gd12(Co,Zn)7相。0–5T外加磁場(chǎng)下，退火態(tài)Gd65Co35Zn10合金條帶呈現(xiàn)溫跨
6、從68到198K的磁熵變平臺(tái)，以及與之伴隨的寬溫區(qū)大磁熱效應(yīng)（RCAREA達(dá)773J/kg）。此外，退火態(tài)Gd55Co35Zn10合金在154–204K溫區(qū)出現(xiàn)磁熵變平臺(tái)，其RCAREA達(dá)619J/kg。最后，我們研究了Gd–Fe–Zn與Gd–Fe–B非晶納米晶體系。B含量更高的Gd65Fe30B5快淬合金展現(xiàn)出2個(gè)分別在在132和156K處的磁性轉(zhuǎn)變，與Gd65Fe35–xBx（x=0,1,3）快淬合金在~290K處的一個(gè)磁性轉(zhuǎn)變截然不同。降低輥速能提高Gd65Fe30B5快淬合金的磁熱效應(yīng)。以30m/s銅輥線速度制備的Gd65Fe30B5快淬合金在5T外加磁場(chǎng)下，磁熱性I能為(–ΔSmax
7、M)=12.12J/(kg?K)，RC=903J/kg。盡管沒能獲得平臺(tái)狀磁熵變曲線，Gd65Fe25Zn10快淬合金與Gd65Fe35–xBx（x=0,1,3）快淬合金均展現(xiàn)出優(yōu)于一些室溫溫區(qū)磁制冷材料的RC，因此有潛力作為候選的室溫磁制冷材料。關(guān)鍵詞：磁制冷；晶化熱處理；非晶納米晶合金；Gd–Co(Fe)–Mn(Zn,B)系合金；磁熱效應(yīng)；IIAbstractMagneticrefrigera
