Gd99.75Fe0.25合金的大磁热效应及应用特性研究

　　磁热效应是绝热过程中铁磁体或顺磁体的温度随磁场强度的改变而变化的现象。磁制冷技术正是基于磁热效应来实现制冷的一种新型制冷技术，即通过磁有序转变来改变磁熵，从而改变体系温度，在等温磁化过程中体系向外界放出热量，在等温退磁过程中体系从外界吸收热量。磁制冷技术作为一种新型制冷技术，能够在一定程度上缓解全球日益增长的能源消耗，与传统的气体压缩制冷技术相比，磁制冷使用固态磁工质作为制冷剂，避免使用如氟利昂等液态化学制冷剂，磁制冷技术是对环境友好的制冷技术[1,2]。

　　目前发现具有巨磁热效应(Giant MagnetocaloricEffect, GMCE)的磁制冷材料主要有Gd5Si4-xGex[3,4]、LaFe13-xSix[5,6]MnFeP1-xAsx[7-9]和MnAs1-xSbx[10]等材料，但这些材料由于自身原因，目前还很难运用于制冷机上。而稀土元素Gd[11]的居里温度为293K左右，伴随着铁磁到顺磁的磁性转变会产生较大的磁热效应，是目前比较理想的室温磁制冷工质。但是Gd的价格昂贵，且Gd的化学活泼，易与水发生反应，在潮湿的空气中易氧化，机械强度较低，在实际加工与应用中都存在一定的问题。而通过掺杂第2种元素对其进行固溶强化处理是一种比较可行的方法。已有的研究表明，Ce[12]、V[13]、Cu[14]、C[15]、Nb[16]等微量元素均在一定程度上影响Gd的磁热效应和显微硬度等。本实验研究少量Fe掺杂的Gd99.75Fe0.25合金的磁热效应及应用特性(显微硬度、耐蚀性)。

　　1 实验

　　选用的原材料纯度分别为Gd>99.9%， Fe>99.97%。按Gd99.75Fe0.25的名义成分比例进行配料，样品在高纯氩气气氛保护下经电弧熔炼而成，为得到组织均匀的铸锭，反复熔炼5次。熔炼后样品均在石英管中以高纯氩气气氛下密封，经1123K，168h均匀化退火处理，并快速冷却至室温。为便于比较，实验同时按照上述工艺制备纯Gd试样。采用荷兰Philips公司X’Pert 型X射线衍射仪(Cu靶Kα1射线，波长为0.154056nm，2θ范围为20°~90°)确定样品的晶体结构。采用QUANTUM DESIGN公司的物理性能测量系统(PPMS-9)进行磁性测量。硬度测试采用 HVS-1000维氏显微硬度计测量样品的显微硬度，测试过程中外加载荷为200g，载荷保持时间为10s。合金的耐蚀性采用电化学极化曲线来表征，利用电化学工作站采用三电极体系进行测量，对电极为石墨，参比电极为饱和甘汞电极，蒸馏水作为电解液。

　　2 结果与讨论

　　2.1 合金的晶体结构

　　图1为Gd99.75Fe0.25合金和纯Gd的X射线衍射图谱。结果表明，少量Fe的掺杂并没有改变纯Gd的相结构，Gd99.75Fe0.25完全保持了纯Gd的六方相结构。与纯Gd和标准Gd的JCPDS卡对照，合金Gd99.75Fe0.25的X射线衍射谱上没有杂峰出现，说明合金形成了较好的Gd-Fe固溶体。