重稀土基晶体相/大块非晶复合材料的磁热效应研究

磁制冷具有绿色、节能等优点，有望成为传统气体压缩式制冷的替代技术。磁致冷材料是磁制冷的关键技术之一。目前普遍研究的晶态巨磁热效应磁致冷合金具有一级相变滞后、难加工成型等缺点，而铁磁大块非晶合金具有良好的力学性能、抗蚀性以及高电阻率等内在优点，可能成为磁制冷的候选工质。本项目拟采用铸态内生法和非晶晶化法制备重稀土基晶体相/大块非晶复合材料，围绕制备工艺、成分及其与材料磁性能之间的关系等展开系统研究，揭示复合大块非晶中晶体相的类型、尺度与含量对材料相变的影响，对磁熵变和相对制冷量的贡献作用及其机理。通过本研究可以达到指导新型稀土磁性复合大块非晶合金的设计和合成、相应材料的制备以及拓展铁磁大块非晶及其复合材料在磁致冷材料的应用研究的目的。

稀土基大块非晶合金是一类具有大相对制冷量的磁致冷材料。本项目主要研究对象为Gd-TM-Al（TM=Co、Ni、Fe）三元合金系，在获得具有良好非晶形成能力的Gd基大块金属玻璃的基础上，进一步研究包含晶体和非晶相的复合材料的磁热效应，获得了一些有意义的研究结果。首先，就非晶形成能力而言，Gd-Co-Al、Gd-Ni-Al、Gd-Fe-Al三个三元体系的非晶形成能力逐渐下降；采用Zr、Y等合金元素，可以提高Gd-Co-Al和Gd-Ni-Al合金系的非晶形成能力；通过Zr合金化，采用吸铸工艺，获得了最大直径达8mm的Gd-Co-Al-Zr块体金属玻璃；其次，在Gd-Co-Al和Gd-Ni-Al合金系中，通过控制合金的凝固速度，获得了心部为晶体，外围为非晶的复合材料，该材料的磁熵变曲线上出现了平台，对材料在制冷机中的应用非常有利；最后，在采用非晶晶化法获得Gd基复合合金的研究中发现，晶体相的出现会降低材料的磁熵变；但在研究Gd-Co-Al大块非晶的晶化产物过程中，发现了富Gd的三元合金新相，并解析出相应的晶体结构，丰富了R-Co-Al三元相图的知识。