磁制冷材料Gd與Cu、Al的真空擴散焊工藝研究.pdf

1、磁制冷材料Gd和Cu、Al的真空擴散焊工藝研究材料學(xué)專業(yè)釓(Gd)在室溫具有優(yōu)良的磁熱效應(yīng)，同時具有良好的韌性和易加工性，是磁制冷機不可缺少的室溫磁制冷材料，但磁性材料的傳導(dǎo)電子受到磁背景的散射往往增加遷移阻力，因此傳熱能力往往不是很高。作為室溫磁制冷材料代表的釓(Gd)由于其不良的導(dǎo)熱性，導(dǎo)致磁工質(zhì)在磁制冷機中工作時，不能及時將熱量導(dǎo)出，嚴重影響了磁制冷機的工作效率和功率。 為了更好地解決這個問題，本文采用導(dǎo)熱性很好的銅和鋁與

2、釓復(fù)合。從理論上分析得出復(fù)合能有效的改善磁工質(zhì)的換熱性能，同時還能節(jié)約釓。根據(jù)復(fù)合模型推導(dǎo)出復(fù)合后的換熱效率公式，以及復(fù)合材料的組元在不同的尺寸比例下的換熱效率和達到最大換熱效率的最佳尺寸比例。 試驗選用真空擴散焊工藝，將釓和銅、鋁分別進行真空擴散連接。采用正交試驗的方法得出Gd-Cu的最佳擴散焊接工藝參數(shù)是600℃，壓強為16MPa，保溫時間120min；Gd-Al的最佳擴散焊接工藝參數(shù)是焊接溫度為600℃，保溫時間30min

3、，壓強為12.1MPa。運用掃描電鏡(SEM)、電子萬能拉力試驗機、X射線衍射儀(XRD)、顯微硬度、能譜分析以及自制絕熱溫差測試系統(tǒng)等對擴散焊接后的復(fù)合材料進行性能測試，從而得出真空擴散焊連接試樣的微觀和宏觀結(jié)構(gòu)和性能。 實驗結(jié)果表明：擴散焊能實現(xiàn)釓和銅以及釓和鋁兩種性能差異很大的材料之間的連接，并且具有一定的結(jié)合強度。這樣既滿足了復(fù)合成型工藝的基本要求，又能很好的起到改善釓傳熱性能的作用。焊后的復(fù)合材料無論從宏觀還是微觀上來

4、說，兩種材料界面之間結(jié)合緊密，無縫隙等缺陷。X衍射結(jié)果表明，復(fù)合材料的界面上都是以單質(zhì)形式存在的，沒有任何金屬間化合物生成，保證了基體材料釓本身的磁性質(zhì)。針對銅而言，焊后復(fù)合材料的結(jié)合強度并不是隨著保溫時間的增加而增加的，它存在一個峰值，即相同條件下，當保溫時間為120min時，強度達到最大值，而當保溫時間繼續(xù)延長時，結(jié)合強度反而會下降。由于原子之間的擴散速率不一樣，釓的原子體積較鋁和銅大得多，因此擴散主要是鋁或者銅往釓中的擴散，反之則