一级相变La(Fe, Si)13/M（Cu，Ag）基磁致冷复合材料的热压烧结行为及影响其实用性的关键因素研究

Regarding the practical applications of La(Fe, Si)13-based first order transition magnetocaloric bulk materials, the key scientific issues are of reducing the thermal and magnetic hysteresis, improving the ability of heat transfer and resisting the corrosion of the thermal transfer fluid. In this project, the particles of La(Fe, Si)13, La(Fe, Si)13Hx alloys will be refined to reduce the thermal and magnetic hystereses. The hot-press sintering will be developed to fabricate the bulk materials with the high density, high thermal conductivity and good anti-corrosion ability. For the purpose of inhibiting the severe particle growth and decomposition of 1:13 phases, the surface of the magnetocaloric particles will be coated with the plastic metals M (Cu and Ag) to obtain the composite structures of La(Fe, Si)13/M and La(Fe, Si)13Hx/M (M=Cu, Ag) before hot-press sintering. The effects of the coated metals on the phase stability and particle growth will be investigated during the hot-pressing. The magnetic entropy change, thermal hysteresis, magnetic hysteresis and thermal conductivity will be measured. The intrinsic relationship of the microstructures and physical properties will be analyzed and revealed. The corrosion behavior and its mechanism will be studied in the thermal conductive medium of the distilled water for the hot-pressed bulk samples. The project results will establish some bases in improving the practical capability of the La(Fe, Si)13-based first-order phase transition magnetocaloric composites.

降低一级相变La(Fe,Si)13基块体磁致冷材料的热滞和磁滞，提高其的热传导能力及在热传导流体中的耐腐蚀能力，是关系其实际应用的核心科学问题。本项目拟采用细化La(Fe,Si)13，La(Fe,Si)13Hx合金颗粒来降低热滞及磁滞，开发热压烧结工艺制备高致密、高传热系数及耐腐蚀的实用块体。热压烧结前采用化学镀法在颗粒表面包覆塑性金属M（Cu及Ag），获得La(Fe,Si)13/M，La(Fe,Si)13Hx/M复合结构，帮助抑制合金颗粒热压过程中的过度长大及磁致冷1：13相的分解。分析热压烧结过程中，表面包覆金属对磁致冷合金颗粒长大及磁致冷1：13相分解行为的影响机理；测量烧结样品的磁熵变、热滞、磁滞及导热系数，揭示微结构和物理性能之间的本构关系；研究热压烧结样品在去离子水中的腐蚀行为及其机理。为改善一级相变La(Fe, Si)13系磁致冷复合材料的具体实用性奠定一定的科学基础。

本课题围绕降低La(Fe, Si)13系磁致冷合金因一级相变导致的磁滞、热滞，及La(Fe, Si)13和La(Fe, Si)13Hx合金粉末热压成型合成片状磁工质易发生相分解及脱氢行为等问题，研究了表面磁控溅射镀金属Cu、Ag、稀土等La(Fe, Si)13系合金的热压成型及其磁致冷性能，探索出一种同时实现固态成型与吸氢的工艺方法，在保持适当的磁致冷能力的基础上显著降低了磁滞、热滞；并探究了合成样品的力学性能、抗腐蚀性能等实用性能研究，为La(Fe, Si)13系合金在致冷器件中的实际应用奠定一定的科学基础。.1. La(Fe, Si)13系合金颗粒尺寸对磁滞损耗具有显著影响，减小颗粒尺寸可以降低磁滞损耗，但会削弱合金的一级磁相变特征。采用电化学渗氢方法，能够提高居里温度100 K以上，并且发现渗氢时间、温度对渗氢程度具有重要影响。通过表征合金粉末的导电率，间接证明La(Fe, Si)13系合金颗粒表面适量的镀Ag可以改善粉末颗粒的导热性，并且不降低其磁熵变。.2. 采用磁控溅射表面包覆方法，成功制备了La(Fe, Si)13/M（M=Cu, Al, Pr-Cu）核-壳复合结构粉体材料，并讨论复合结构粉体的磁致冷性能。采用SPS烧结工艺，讨论了不同复合结构粉体材料的烧结行为、结构及其磁致冷性能。围绕材料的实用稳定性，研究了上述烧结块体材料力学性能及抗腐蚀性。.3.选用固体氢化物YH2、Mg-Ni-Y-H氢化物及聚乙烯吡咯烷酮（PVP），采用冷压、热处理工艺，提高了LaFe11.65Si1.35居里温度，且致冷量基本不变。添加C粉促进固体氢化物YH2分解，增加固体氢化物添加量改善固体渗氢效应，进一步提高LaFe11.65Si1.35的居里温度。选用的Mg-Ni-Y-H氢化物，并辅助添加焊锡粉现在改善压制烧结样品的力学性能及其导热性能，同时实现了固态氢化和成型，且可动态调控其磁致冷行为。