Gd基固溶体的磁热性能与固溶强化研究

论文摘要

相对于传统的气体压缩技术,磁制冷具有节能、无污染等特出优点,因而受到了人们的日益关注。室温磁制冷机中,由于磁体气隙空间有限,采用致冷材料制作工质盒可以提高样机的制冷效率,但工质盒材料兼作结构材料必须具有一定的强度,目前,能作为工质盒材料的只有稀土金属Gd,但Gd 的强度较低,因此需要强化。本文在综述国内外相关文献的基础上,指出了目前研究中存在的关键问题,提出了本文的研究方案。利用轻稀土元素（La、Ce、Pr、Nd）、重稀土元素（Dy、Y）和C 元素,通过置换固溶和间隙固溶的方式,对二元及三元Gd 基固溶体材料进行了研究,并得出下面重要的研究结果: 稀土元素La、Ce、Pr、Nd 和Dy、Y 的加入使Gd 的居里点呈线性下降,但各元素影响的能力不一样;这些稀土元素的加入同时使Gd 的绝热温变及磁熵变均有不同程度的下降,其中Dy 对Gd 磁熵变的影响最小;这些稀土元素通过置换固溶强化的方式,使Gd 的显微硬度值都得到了一定程度的提高。C 原子的间隙固溶,可以使Gd 获得显著的强化,对Gd 居里温度的影响不大,但一定程度上降低Gd 的磁熵变和绝热温变。当C 的加入量超过10at%时,Gd1-xCx 合金在空气中的粉化现象明显。优选出的Gd0.98C0.02 合金较为适合做为工质盘材料,其相对于Gd,显微硬度提高了54%,抗拉强度提高了23%,磁熵变和绝热温降低不大。通过扫描及XRD 分析,Gd0.98C0.02 合金组织呈单相固溶体状态,在晶体结构上,与Gd 一样,为密排六方结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 磁制冷的基本原理
• 1.3 磁制冷的热力学基础
• 1.4 室温磁制冷对热力循环和致冷工质的选择
• 1.5 室温磁制冷样机的研究概况
• 1.6 磁致冷材料的性能表征
• 1.7 室温磁致冷材料的发展概况
• 1.8 磁热效应的测量方法
• 1.9 本研究的背景
• 1.10 本研究的关键问题及研究思路
• 1.11 本研究的内容
• 1.12 本研究的技术路线
• 第二章 实验设计及试验方法
• 2.1 原材料
• 2.2 合金的熔炼
• M的理论计算'>2.3 磁熵变△S_M的理论计算
• 2.4 磁热效应的测量方法
• 2.5 力学性能测试
• 2.6 组织结构分析
• 1-xRE_x二元合金系的强化及磁热性能'>第三章 Gd_1-xRE_x二元合金系的强化及磁热性能
• 3.1 引言
• 3.2 RE对Gd居里温度的影响
• 1-xRE_x合金的磁熵变'>3.3 Gd_1-xRE_x合金的磁熵变
• 1-xRE_x合金磁熵变实验值与理论计算值的比较'>3.4 Gd_1-xRE_x合金磁熵变实验值与理论计算值的比较
• 1-xRE_x合金的绝热温变'>3.5 Gd_1-xRE_x合金的绝热温变
• 3.6 稀土元素RE对Gd的强化
• 1-xRE_x合金的相结构分析'>3.7 Gd_1-xRE_x合金的相结构分析
• 1-xC_x二元合金系的强化及磁热性能'>第四章 Gd_1-xC_x二元合金系的强化及磁热性能
• 4.1 引言
• 1-xC_x系二元合金的磁热效应'>4.2 Gd_1-xC_x系二元合金的磁热效应
• 1-xC_x合金系的粉化'>4.3 Gd_1-xC_x合金系的粉化
• 1-xC_x合金系的显微硬度'>4.4 Gd_1-xC_x合金系的显微硬度
• 0.98C₀.02合金的抗拉强度'>4.5 Gd₀.98C₀.02合金的抗拉强度
• 1-xC_x合金系的显微组织与结构分析'>4.6 Gd_1-xC_x合金系的显微组织与结构分析
• 4.7 结论
• 0.98-xDy_xC₀.02三元合金系的磁热性能及组织结构分析'>第五章 Gd_0.98-xDy_xC₀.02三元合金系的磁热性能及组织结构分析
• 5.1 引言
• 0.98-xDy_xC₀.02合金系的成份配制'>5.2 Gd_0.98-xDy_xC₀.02合金系的成份配制
• 0.98-xDy_xC₀.02合金系的磁热性能'>5.3 铸态Gd_0.98-xDy_xC₀.02合金系的磁热性能
• 0.98-xDy_xC₀.02合金磁热性能的影响'>5.4 热处理对Gd_0.98-xDy_xC₀.02合金磁热性能的影响
• 0.98-xDy_xC₀.02合金系显微组织形貌及微区成份分析'>5.5 Gd_0.98-xDy_xC₀.02合金系显微组织形貌及微区成份分析
• 0.98-xDy_xC₀.02合金系的相结构分析'>5.6 Gd_0.98-xDy_xC₀.02合金系的相结构分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附件
• 声明
• 致谢