Gd 5Si xGe 1 4合金的组织结构与磁热性能研究.docx

四川九学博1一学位论殳Gd。(si，Ge融)。台金的维织结构与磁热性能研究 四川九学博1一学位论殳 Gd。(si，Ge融)。台金的维织结构与磁热性能研究 材料学专业 研究生付浩 指导教师 涂铭旌院士 在垒蘧综述国蠹终室淦磁致冷携辩，特别是其鸯匿磁热效波夔Gd5(si；Ge轴X 合金的基础上，比较了各种具有隧磁热效应的候选磁工质的等温磁熵变、绝热 温度变化和相对制冷量等参数，然后围绕成分、结构、工艺、性能四个方面更 加深入地研究了G奄(Si：Gel。)dx-≈0，5)合金，即；Gds(Si；Gel。)4系合金的鼹微组 织籍鬣；台金在铸森、燕处理磊疆及侠淬苇羹蒸簸理象锋下鹣叛畿缝缓、栩缓成 及其微观结构：采用不同纯度的稀土金属Gd配制的合金相组成及显微组织的差 异；不同纯度的合垒在铸态及热她理后的磁热性能。本研究取得了具有娃著工 程徐镶蕊毯藜硬突残采，达戮了预絮嚣搽，怼接遴哭蠢基磁熬效应豹 Gd5(Si。Gel．。)4合金的实用化具有黧要的工程意义。 本文围绕Gd5(Si。Gel．；)4合金成分、结构、=工：艺、性能的必系展开研究，获得 了以下几个方面的爨簧结论： 一怒成功逢努掰蹬不目莼瘦静淼辛李鞋Gd键备的Gd5岱i。Gel_x)4(x—O．5)含金 在结构方面的差异。过去的研究只注意到杂质念破坏Gd5(si。Gel．；)一的一级相变 特征，使合金失去驻磁热效应，稠而只停留在瞧象描述的阶段；本研究深入到 不露缝浚舞奉|耪兹蠹聱结稳，逯=；霪使蠲xRD、SEM、EDS等溅试手段，搿}突表 明，低纯Gd配制的合金在凝圃过程中产生部分5：3型Gd5(Si，Ge)3相和1：1 型Gd(Si，6e)相。正熄这些不期黧的杂质相的出现，使合金失去巨磁热效成。 =是通过剩惫出三元熬l：1型Gd(Si，Ge)凝捆证实了低纯 Gds(Si。Gel。h(x一0．5)合金中含膏Gd(Si，Ge)穗。Gds(SixGeh)4舍金遥常其礴正交 的GdsSi4一型、Sm5Ge4一型和单斜的Gd5Si2Ge2，攫三种结构，这三种结构的粉末 XRD谱图都具有非常复杂的衍射峰，如果合金中出现第二桴，第二相的衍射峰 逶褰罄与主稳稳{；}雪瓣漳重叠或差黪缀小，洚会会豹稳分援露寒穰大垂难。蘩夔 研究者通常只采用能谱分析的方法，对合金中出现的第二相做半定量的分析， 研究者通常只采用能谱分析的方法，对合金中出现的第二相做半定量的分析， 不能给出准确的结果。作者从分析Gd．Si和Gd．Ge二元相图出发，通过获得三 元单相Gd(Si，Ge)合金的方法，成功地证实了Gd5(Si。GeI-x)4合金中的1：1相的 存在。 三是采用国产的高纯金属Gd配制的Gd5Si2Ge2合金的最高磁熵变达 一18．7J／(kgK)，实现了该合金的巨磁热效应，而国内的高纯金属Gd的纯度明显 要低于Ames的高纯Gd。本研究采用国产高纯Gd配制的Gd5si2Ge2合金的主相 为Gd5Si2Ge2一型结构(M．T曲线表明还有少量Gd5Si4．型相)，因此实现了该合金 的巨磁热效应。 四是采用国产低纯金属Gd制备的Gd5si2Ge2合金同样实现了巨磁热效应， 该合金在O一5T磁场下的最大磁熵变可达．17．4J／(kgK)，其相对制冷量与Ames的 高纯金属Gd制各的Gd5SizGe2合金相当。通过对Gd5(SixGel．；)4合金的结构与工 艺的分析表明，该系合金中的Gd5Si4一型结构可以通过1200。C左右的热处理转变 成为GdsSi2Ge2一型结构；因此，如果在铸态下获得尽可能多的Gd5Si2Ge2一型或 GdsSi4一型结构，就有可能通过1200。C左右的热处理实现该合金的巨磁热效应。 正是通过结构、工艺与性能的关系的分析，本研究实现了低纯Gd5Si2Ge2合金的 巨磁热效应。 五是发现Gd5Si2Ge2的p吖相变与合金所处的状态，即粉末或块状，密切相 关。如果Gd5si2Ge2为粉末状态，那么p吖相变发生在285。C附近，甚至该相变 温度可提前至130(2；如果Gd5Si2Ge2为块状，那么在加热过程和冷却过程中p吖 相变不发生。作者认为B叫相变的发生条件与合金的内应力有关。 六是采用TEM技术发现Gd5si4一型相在Gd5Si2Ge2基体上呈条状分布：SEM 所观察到显微组织中的规则线条既不是第二相，也不是孪晶，只能定义为缺陷 的聚集形态，称之为线状缺陷。 关键词：Gds(Si；Gel．x)4合金；室温磁致冷材料：磁热效应；显微组织 粉末x一射线衍射 Il 网川人学博L学位论文Study 网川人学博L学位论文 Study on the Microstructure and Magnetoclaoric Properties of Gds(SixGel．。)4 Alloys Abstract