Desenvolvimento de processo de fabricação de refrigerantes magnéticos à base de La(Fe,Si)13Hy

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 20013É proposta uma nova rota de fabricação de refrigerantes magnéticos à base de La(Fe,Si)13Hy, tendo em vista a aplicação em protótipos de refrigeração magnética ao redor da temperatura ambiente. Esta nova rota, baseada em princípios da metalurgia do pó, utiliza como precursor uma liga não-homogeneizada de La-Fe-Si, constituída basicamente de ferro livre, da fase La(Fe,Si)13 e fase rica em La. Neste estado verificou-se que a liga é bastante suscetível a fragilização por hidrogênio, o que permitiu a sua fácil cominuição a pó por processo adicional de moagem. Com a liga na forma de pó e com tamanho de partícula controlado, obteve-se sucesso na sua posterior consolidação por meio de processo de compactação, seguido de sinterização. A sinterização otimizada se dá a temperatura de 1423 K por 6 horas. Observou-se que por esta rota de fabricação, obteve-se material homogêneo, com poros, e passível de hidrogenação. Esta etapa final do processo é importante para a aplicação à temperatura ambiente. Até então somente havia sido relatado na literatura a possibilidade de hidrogenar a fase La(Fe,Si)13 na forma de pó. Além disso, esta mesma rota de fabricação permite a redução do tempo de homogeneização, que se dá junto processo de sinterização. Para comparação, amostras do mesmo lingote foram produzidas pelo convencional processo de homogeneização a altas temperaturas durante longos períodos de tempo (20 h. a 1423 K), apresentando cerca de 97 % em fração mássica da fase La(Fe,Si)13. Neste caso, o processo de hidrogenação, utilizado aqui para viabilizar o emprego desta liga em aplicações ao redor da temperatura ambiente, só foi possível após pulverizar as amostras homogeneizadas. Após o processo de hidrogenação, as amostras apresentam a temperatura de Curie, TC, ao redor de 328 K, onde a variação adiabática de temperatura é máxima e igual a 2,8 K para um campo magnético aplicado de 1,75 T. Já para as amostras produzidas através da metalurgia do pó, valores acima de 99 % de fração mássica de fase La(Fe,Si)13 foram obtidos após 6 h de sinterização a 1423 K. Através dos poros residuais foi possível submeter estas amostras ao processo de hidrogenação sem necessidade de pulverização das amostras. Após a hidrogenação, as TC?s estão ao redor da temperatura ambiente, com um efeito magnetocalórico máximo de 2,2 K ao redor de 328 K, porém com uma faixa mais larga de efeito magnetocalórico. 2013-12-05T23:56:05

From a magnet to a heat pump

The magnetocaloric effect (MCE) is the thermal response of a magnetic material to an applied magnetic field. Magnetic cooling is a promising alternative to conventional vapor compression technology in near room temperature applications and has experienced significant developments over the last five years. Although further improvements are necessary before the technology can be commercialized.Researchers were mainly focused on the development of materials and optimization of a flow system in order to increase the efficiency of magnetic heat pumps. The project, presented in this paper, is devoted to the improvement of heat pump and cooling technologies through simple tests of prospective regenerator designs. A brief literature review and expected results are presented in the paper. It is mainly focused on MCE technologies and provides a brief introduction to the magnetic cooling as an alternative for conventional vapor compression technology

Magneto-elastic coupling in La(Fe, Mn, Si)₁₃H<i>y</i> within the Bean-Rodbell model

First order magnetic phase transition materials present a large magnetocaloric effect around the transition temperature, where these materials usually undergo a large volume or structural change. This may lead to some challenges for applications, as the material may break apart during field change, due to high internal stresses. A promising magnetocaloric material is La(Fe, Mn, Si)13Hy, where the transition temperature can be controlled through the Mn amount. In this work we use XRD measurements to evaluate the temperature dependence of the unit cell volume with a varying Mn amount. The system is modelled using the Bean-Rodbell model, which is based on the assumption that the spin-lattice coupling depends linearly on the unit cell volume. This coupling is defined by the model parameter η, where for η > 1 the material undergoes a first order transition and for η  ≤ 1 a second order transition. We superimpose a Gaussian distribution of the transition temperature with a standard deviation σ T 0 , in order to model the chemical inhomogeneity. Good agreement is obtained between measurements and model with values of η  ∼ 1.8 and σ(T0) = 1.0 K