LaFe11.65Si1.35磁制冷材料居里温度的调控与磁控溅射表面改性研究

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NaZn13型金属间化合物La(Fe,Si)13因其价格低廉,环境友好,磁熵变大等优势被认为是最有可能获得实际应用的磁制冷材料之一。但是其较低的居里温度(Tc)限制着此种材料的应用范围,固有的硬脆性使机加工及成型困难,在传热介质水中较差的耐蚀性都严重影响此种材料的实用化。因此探索调控La(Fe,Si)13居里温度,改善其力学性能、成型性能及耐蚀性的工艺方法对促进其实际应用有重大意义。  本论文以LaFe11.65Si1.35巨磁热效应材料为研究对象,首先研究了Sn掺杂对LaFe11.65Si1.35居里温度的调节,并分析了掺杂Sn提高样品抗压强度的原因;其次使用磁控溅射方法对LaFe11.65Si1.35粉末颗粒表面包覆Cu,Pr-Cu,Al,并研究了包覆后样品磁制冷性能的变化;最后,研究了不同元素包覆样品的SPS烧结行为,磁制冷性能,力学性能及耐蚀性能。获得的主要结论如下:  1)掺杂Sn替代部分Si制得LaFe11.65Si1.35-xSnx(x=0,0.1,0.15,0.2)金属间化合物。当x=0.2时,Tc由188 K提高至207 K,最大磁熵变降为未掺Sn样品的50%以下,但磁滞减小80%以上;且抗压强度由x=0时的640.2 MPa增大为x=0.1时的1188.4 MPa。经过分析抗压强度的提高来源于Sn掺杂引起的细晶强化。  2)使用磁控溅射方法成功实现了LaFe11.65Si1.35粉末颗粒与Cu,Pr-Cu,Al物理结合。所得复合粉体均保留了其较高的磁制冷性能,且在居里温度处的磁滞明显减小,溅射Cu的样品磁滞最小,仅为0.59 J/kg,相对于原样减少了87%。  3)上述复合粉体SPS烧结所得样品的致密性大小为:溅射Cu样品〉溅射Pr-Cu样品〉溅射Al样品〉未包覆样品。各样品的磁制冷性能均保持在较大范围,而居里温度处的磁滞有较大差别:其中溅射Cu的样品磁滞最小为0.43 J/kg,相对于未包覆原样减少了70%。  4)复合粉体SPS烧结所得样品的抗压性能得到极大提高,尤其是包覆Cu后样品的抗压强度最大为105.0 Mpa,为未包覆原样SPS烧结样品的5.6倍;包覆不同元素后样品的腐蚀速率均小于未包覆原样,其中包覆Cu样品的腐蚀速率最小为19.94 mm/a,相对于未包覆原样减小了64%,极大地提高了样品的耐腐蚀性。
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