Ni-Mn基Heusler合金相变和磁热效应的研究

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1、硕士学位论文Ni-Mn基Heusler合金相变和磁热效应的研究作者姓名曾伟奇学科专业材料加工工程指导教师曾德长教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月StudyonPhaseTransitionandMagnetocaloricEffectinNi-Mn-basedHeuslerAlloysAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZENGWeiqiSupervisor：Prof.Dr.ZENGDechangSouthChinaUniversityofTechnology

2、Guangzhou,China分类号：TB64学校代号：10561学号：201520115872华南理工大学硕士学位论文Ni-Mn基Heusler合金相变和磁热效应的研究作者姓名：曾伟奇指导教师姓名、职称：曾德长教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料加工工程研究方向：磁性功能材料论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年6月4日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：欧阳柳章委员：曾德长高岩匡同春余红雅摘要磁制冷技术是利用材料的磁热效应，即在磁化时向外界放热，退磁时从外界吸热从而达到制冷

3、的目的。磁制冷技术以其无污染、噪音小、功耗低、体积小和效率高等优点，且具备完全替代气体压缩制冷的可能性而备受人们关注，现已成为下一代新型制冷技术的热门候选之一。磁制冷材料涉及一级相变和二级相变，具有一级相变的材料磁熵变较大，但是热滞也大，多次循环后会降低制冷效率；二级相变材料虽然磁熵变较小，但是没有热滞，在制冷循环中完全可逆。本文选择材料成本低、制备工艺简单和磁热性能优异的Ni-Mn基Heusler合金为研究对象，研究其二级相变，探究成分调控对其相变性质和磁性能的影响，对其实际应用具有重大的意义。首先，论文采用熔体快淬工艺制备了Ni50

4、Mn50-xSnx（x=14、15、16、17）合金薄带，研究了Mn/Sn比对其相变、结构和磁性能的影响。研究结果表明，随着Sn含量升高，逆马氏体相变得到抑制，逆马氏体相变温度TM-A从x=14的254K降低到x=15的172K，当x=16和17时，逆马氏体相变消失，奥氏体相的居里温度??缓慢升高；该合金在室温?下是立方L21结构的奥氏体相，没有发现杂相；在5T的外磁场变化下，Ni50Mn50-xSnx合金薄带的最大等温磁熵变分别为4.0、3.8、3.1和3.0Jkg-1K-1，相对制冷量RCP分别为320.4、300.2、226.3和

5、207.7Jkg-1。其次，论文分别采用电弧熔炼工艺和熔体快淬工艺制备了Ni50-xCuxMn36Sn14合金铸锭和薄带，研究了Cu掺杂对其相变、结构和磁性能的影响，并研究了热处理温度对Ni50Mn36Sn14合金薄带磁性能的影响。研究结果表明：随着Cu含量升高，逆马氏体相变得到抑制，合金薄带的T?基本保持不变；该M-A从x=0的250K降低到x=3的123K，??合金铸锭和薄带在室温下是立方L21结构，铸锭中发现少量杂相，薄带中没有；在5T的外磁场变化下，以Ni-1-49CuMn36Sn14合金铸锭和薄带相比，最大等温磁熵变从3.8J

6、kgK1提高到3.9Jkg-1K-1，提高了2.6%，相对制冷量从243.2提高到了366.6Jkg-1，提高了50.7%；对于Ni50Mn36Sn14合金薄带，在1173K下热处理磁性能最好。第三，论文采用熔体快淬工艺制备了(Ni43-xCoxMn7)Mn39Sn11（x=0、1、2、3）合金薄带，研究了Co掺杂对其相变、结构和磁性能的影响，同时研究了铜辊转速对(Ni42CoMn7)Mn39Sn11合金薄带磁性能的影响。研究结果表明：随着Co含量升高，逆马氏体相变得到抑制，合金薄带的TM-A从x=0的205K降低到x=2的171K，当

7、x=3时，I逆马氏体相变消失，??随着Co含量线性升高，从x=0的279K升高到x=3的354K；该?合金薄带在室温下是立方L21结构的奥氏体相，没有发现杂相；在5T的外磁场变化下，(Ni43-xCoxMn7)Mn39Sn11（x=0、1、2、3）合金薄带的最大等温磁熵ΔSM分别为3.1、3.3、3.1和2.8Jkg-1K-1，相对制冷量分别为285.2、389.4、406.1和456.4Jkg-1；对于(Ni42CoMn7)Mn39Sn11合金薄带，铜辊转速为20m/s时磁性能最好。最后，对Ni-Mn基Heusler合金用Arrott

8、曲线和普适曲线理论分析可知，在奥氏体相的居里温度附近，所有样品均发生的是二级相变。关键字：磁制冷；Ni-Mn基Heusler合金；相变；磁熵变IIABSTRACTThemagneticrefrigerati