《寬溫域複合驅動製冷材料高壓區熔凝固過程控制》是依託上海大學，由鄭紅星擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：寬溫域複合驅動製冷材料高壓區熔凝固過程控制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄭紅星
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
低成本Heusler型NiMn基磁製冷材料不含稀土和有毒元素，具有廣闊的套用前景，但製冷工作溫區狹窄成為制約其發展的瓶頸。近期發現磁製冷與彈性製冷可以高效耦合併存，但目前研究主要集中在磁製冷，對彈性製冷及二者耦合併存效應關注甚少。申請者在高壓浮區技術基礎上發展出高壓區熔技術，據此提出通過控制凝固過程，基於Ni-Mn-Sn製備出高品質定向材料，利用材料的各向異性，突破現有單純磁製冷概念，發展一種寬溫域磁彈性複合驅動製冷材料。研究內容包括：（1）高壓區熔定向凝固過程中溶質分凝行為及晶體生長取向的競爭選擇機制；（2）彈性製冷微觀結構影響機制；（3）製冷性能表征及功能性疲勞效應。通過本課題，揭示高壓凝固過程-材料微觀組織結構-製冷性能-功能性疲勞效應之間的內在關聯，制定出性能調控最佳化原則，為開發新型複合製冷材料提供理論依據，同時發展普適於高熔點易氧化強揮髮型材料的高壓區熔定向凝固理論。
結題摘要
本課題針對富錳或稀土類高活性金屬磁製冷材料，採用改進型高壓區熔定向凝固過程控制裝置完成了高品質定向材料製備，完成了凝固過程溶質分配及晶體生長擇優取向行為、微觀組織結構演化及磁性能表征與解析。得到以下主要結論：1、採用改進型高壓區熔法可以實現高品質高活性磁製冷定向材料製備，操作過程簡單且具有較好的重複性；而採用光學浮區法無法完成高活性磁製冷定向材料製備，晶體生長過程中熔區表面極易氧化而形成嚴重氧化皮，導致生長過程無法正常進行。2、採用改進型高壓區熔法製備出的定向材料沿軸向依次為等軸晶區、再結晶區、定向生長過渡區及穩定生長區。其中在7mm/h拉速條件下製備出的Ni-Mn-Sn定向材料，平行和垂直於晶體生長方向施加磁場，磁學性能未表現出顯著各向異性；而在14mm/h拉速條件下獲得的Mn-Ni-In定向材料，在30kOe平行磁場方向材料的磁製冷能力達到232J/kg，垂直磁場方向磁製冷能力為247J/kg，後者磁製冷能力提升得益於一階馬氏體相變的磁滯損耗顯著降低。3、採用改進型高壓區熔法製備出La-Fe-Si復相共生定向材料，這種組織花樣為金屬功能材料強韌化提供了新思路，據此利用快速液態離心成型技術成功製備出復相共生La-Fe-Si薄板材，其力學強度性能與高溫熱處理時間之間的關係符合經典JMAK方程，高溫固態相變屬於一維擴散生長模式；4、基於第一性原理密度泛函理論提出的晶體結構重構法較好套用於B、C等微量輕元素合金化La-Fe-Si占位機制解析。
