Gd<,1-x>M<,x>(M=V、Ti)和Gd<,0.97-y>Dy<,y>V<,0.03>系列合金磁热性质的研究

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稀土金属(Gd)是目前公认的最常用的室温磁制冷工质,但由于Gd的居里温度固定,可工作的工作温区较窄,并且高纯Gd的价格昂贵。为了适应实际需要,拓宽磁制冷的最佳工作温区,我们有必要进一步寻找一些新的磁制冷工质,它们有着和钆不同的居里温度,但磁制冷性能要优于钆或与之相仿。基于此,本文利用有色金属V和Ti,重稀土元素(Dy)和V元素,通过间隙固溶和置换固溶的方式,对二元及三元Gd基固溶体材料进行了研究。用真空电弧熔炼炉制备Gd1-xMx(M=V、Ti)和Gd0.97-yDyyV0.03(y=0.1,0.2,0.3)系列合金,对其相结构、居里温度、绝热温变、磁熵变进行了研究。室温XRD分析发现Gd1-xMx(M=V、Ti)系列合金仍保持与纯Gd相同的相结构;合金的居里温度普遍比纯Gd的居里温度稍微降低(1-2K);在1.4T的磁场下,Gd1-xMx(M=V、Ti)合金随着x的增加,最大绝热温变ΔTad都是呈先增大后减小的趋势,并且在Ti含量x=0.09时ΔTad值最大,比纯Gd的ΔTad提高了2.4%,在V含量x=0.03时ΔTad值最大,比纯Gd提高了6%;Gd1-xVx系列合金的相变类型为二级相变;Gd1-xVx(x=0.01-0.09)系列合金的最大磁熵变值随着x含量的增加呈先增大后减小的趋势,在ΔH=0-2T时,合金成分为x=0.03时达到最大值为5.19J/kg.K,比纯Gd提高了3.8%;但制冷量q值普遍比纯Gd的高。通过XRD分析,Gd0.97-yDyyV0.03(y=0.1,0.2,0.3)系列合金,在晶体结构上,与Gd一样,为密排六方结构;随着Dy含量的增加,该系列合金居里温度是呈线性下降的关系,线性拟合得到公式Tc=291.38-104.9y;在1.4T的磁场下,随着y的含量增加该系合金的最大绝热温变值呈先减小后增大的趋势,且当y=0.1时得到最大值为2.65K,比纯Gd提高了6.85%;在ΔH=0-2T时,该系合金的最大磁熵变|ΔSM|值随着x值的增大,呈先增大后减小的趋势,当y=0.1时最大磁熵变值比纯Gd减小了0.8%,但其制冷量q值要比纯Gd提高了4.6%,当y=0.2时最大磁熵变比纯Gd的值提高了6.6%,且其制冷量与纯Gd相比仅减小了0.5%;以上工作表明:Gd0.91Ti0.09,Gd0.97V0.03,Gd0.87Dy0.1V0.03和Gd0.77Dy0.2V0.03四种合金性能最优,因而有望成为较好的室温磁制冷工质。
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