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Magnetocaloric properties and solid solution strengthening of Gd–C and Gd–Dy–C alloys

Magnetocaloric properties and solid solution strengthening of Gd–C and Gd–Dy–C alloys. 班級：碩研機械一甲 姓名：張祐瑄 學號： MA010108 指導教授：戴子堯. 介紹. 近年來非常重視 環境保護和節約能源 ，然而接近室溫的磁致冷就是一個有發展性的技術，這相技術的關鍵在於材料的 巨大磁熱效應 的探索。

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Magnetocaloric properties and solid solution strengthening of Gd–C and Gd–Dy–C alloys

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Presentation Transcript

  1. Magnetocaloric properties and solid solution strengtheningof Gd–C and Gd–Dy–C alloys 班級：碩研機械一甲 姓名：張祐瑄 學號：MA010108 指導教授：戴子堯

  2. 介紹 • 近年來非常重視環境保護和節約能源，然而接近室溫的磁致冷就是一個有發展性的技術，這相技術的關鍵在於材料的巨大磁熱效應的探索。 • 然而現在，已經開發的各種接近室溫磁製冷材料的一階磁相變合金，但效果最好的是二階磁相變金屬釓已經用於幾個重要的磁致冷，與一階磁相變合金比較它具有以下優點，如：容易成形，製造成本低和冷卻功率大。

  3. 緣由 • 在磁致冷系統中，釓可作為一種結構材料和磁致冷材料的容器，並位於傳入和傳出產生磁場效應。這種設計，有利於提高磁製冷效率。 • 據我們所知，沒有其他元素比釓更適合作為致冷劑的容器。然而，磁致冷的致冷劑容器通常是應用於薄壁零件，所以低強度和容易變形的釓會使容器不堅固。

  4. 目的 • 所以勢必要加強釓。透過置換式的磁熱效應和固溶強化使得碳原子和硼原子等其他元素與釓作結合並做了實驗得以下良好的合金 二元合金的 Gd1−x–Cx （x≤5 at.%） 和 三元合金Gd0.98−xDyxC0.02 （x≤20 at.%） • 其中添加碳的原因是提高純釓的機械性質，避免釓的磁熱效應，而添加鏑的原因是為了使釓加強Gd–C 合金於居里溫度的調合。

  5. 實驗步驟 • 使用電弧熔煉 Gd1−xCx （x≤5 at.%） 和Gd0.98−xDyxC0.02 （x≤20 at.%） 並將熔錠重熔6次，以確保均質性。 • 再將溶錠做XRD的Cu K放射，其波長為0.154056 nm的分析。 • 再將溶錠做HX 200 維氏硬度測量和4302 萬能材料試驗機做每個基準的硬度和拉伸的值並取三個以上的平均值。 • 最後使用自製的MCE 測量儀測量0–1 T 磁場中的溫度與絕熱溫度變化的曲線。

  6. 在實驗中得知 • 鏑和碳在純度 99.9 wt.%的氬氣，碳的大增可能會導致降低可塑性和Gd–C 合金的磁熱效應的破壞。 • 對於Gd–Dy合金的Dy大於20%的居裡溫度，不適合接近室溫磁致冷。

  7. 結果與討論 • 圖1為XRD繞射Gd1−xCx的二元合金繞射圖Gd0.965C0.035 和Gd0.95C0.05合金，可在XRD繞射圖GD並沒有出現新的峰值。這表示，純釓可以藉由少量的碳原子形成置換式固溶強化。

  8. 結果與討論 • 圖2表示碳含量與微硬度的曲線圖，Gd1−xCx 合金的微硬度隨碳含量的增加有些許的增加。這表示，純釓可以藉由少量的碳原子形成置換式固溶強化。

  9. 結果與討論 圖3為Gd1−xCx豪合金在100 Oe下的磁強度與溫度的曲線，從插圖的Gd1−xCx 合金的居裡溫度，可以很確定這些置換的碳原子對於釓的居里溫度影響不大，而且居里溫度的碳釓基合金和純釓，5％C以內最大差值不超過4K。

  10. 結果與討論 圖4為在Gd1−xCx 合金的磁場中絕熱溫度0–1 T的溫度特性，從插圖中可以看出Gd1−xCx（x≤0.02）合金在居裡溫度附近的絕熱溫度變化的最大差值與純釓比較不超過 0.2 K

  11. 結果與討論 • 圖5為 純釓及 Gd0.98C0.02 合金拉伸曲線，拉伸強度和延展性分別為約 179 和 220MPa，37%和 8%。 • 相比於純釓，從圖 2的計算中 Gd0.98C0.02 合金的強度明顯被增加了 23%，而其微硬度增加了 50%左右。 • Gd0.98C0.02 合金的伸長率 8%已經足夠被視為製造的結構零件。

  12. 結果與討論 圖 6 為Gd0.98−xDyxC0.02 三元合金的 XRD 圖譜如。 Gd0.98−xDyxC0.02 三元合金在純釓的 XRD圖譜沒有出現新的繞射峰值，碳和鏑原子幾乎分別置換或是插入了釓的基地內。

  13. 結果與討論 圖 7為三元 Gd0.98−xDyxC0.02 合金在100 Oe下的磁強度與溫度曲線從插圖的 Gd0.98−xDyxC0.02 合金居裡溫度顯示加入的鏑可以調整溫度。

  14. 結果與討論 圖8為Gd0.98−xDyxC0.02 合金在0–1 T的絕熱溫度變化的溫度特性，最大的差別在於這些合金的絕熱溫度變化接近於居里溫度且與純釓比較不大於0.4K。

  15. 結論 綜合上述的結果得出以下結論： • 純釓金屬添加碳明顯可以強化，然而居裡溫度和絕熱溫度變化的二元 Gd1−xCx (x < 0.05) 合金相較於純釓只是略有改變 • Gd0.98−xDyxC0.02 三元合金的居裡溫度藉由添加鏑的調整和相應的絕熱溫度變化0–1 T並不會影響磁場改變很多

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