Ni-Mn基铁磁形状记忆合金的马氏体相变调节

论文摘要

铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Z（Z=In,Sn,Sb）由于结构相变和磁性相变之间的耦合作用,在马氏体相变过程及马氏体状态下表现出丰富而奇特的物理现象及潜在的应用前景,近年来备受人们的关注。有效调控合金马氏体相变温度和提高其性能是当前研究的热点。本文工作主要包括：1.Ni-Mn-Z（Z=In,Sn,Sb）相变温度的研究价电子浓度和晶格尺寸是影响马氏体相变温度的两个主要因素。一般来说,马氏体相变随着价电子浓度的升高或晶格尺寸的收缩而升高。然而某些情况下价电子浓度和晶格尺寸机制均不能独立地解释合金马氏体相变温度变化的普遍规律。为了研究Ni-Mn基铁磁形状记忆合金中的马氏体相变温度变化规律,我们系统性地利用第三主族元素A1、 Ga、In分别对Ni44Mn45Sn11合金中的Sn进行替代。实验结果表明,A1、Ga和In与Sn相比具有较少的价电子和较小的半径,掺杂导致合金价电子浓度降低和晶格体积不同程度上的收缩,相变温度并不随着价电子浓度和晶格体积单调地升或降。In掺杂时,价电子浓度因素起决定作用,而在A1、Ga掺杂的情况下,晶格体积起决定作用。因此,价电子浓度和晶格尺寸机制均不能独立的解释Ni44Mn45Sn10R （R=Al, Ga, In and Sn）合金中的马氏体相变温度变化规律。我们发现,马氏体相变温度随着电子密度的升高而升高。综合价电子浓度和晶格尺寸,电子密度更适合用来解释马氏体相变温度的变化规律。2. Ni-Mn-Sn铁磁形状记忆合金的马氏体相变和磁熵近年来,磁制冷材料表现出的磁卡效应使其在磁制冷方面具有良好的应用前景,是当前研究的热点。磁熵变是磁卡效应的重要量度。如何提高磁熵是现代科学家正在致力于研究的方向。从麦克斯韦方程中看到,磁熵不仅仅是与磁矩的变化△Msf有关,而且与相变过程中转变温度跨度（martensitic transition temperature range MTTR）有关。我们制备了一系列的Mn50Ni40Sn10-xA1X样品,发现随着Al含量的不断提高,虽然△Msf随之减少,但MTTR减少更多,使得磁矩变化更快速。由于△Msf/MTTR增大,我们可以获得较大的△SM。因此,降低MTTR是除增大△Msf的方法之外提高△SM大小的另一个有效方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 Heusler合金的马氏体相变
• 1.2.1 马氏体相变
• 1.2.2 相界摩擦理论
• 1.3 Heusler Ni-Mn-Z（Z=In,Sn,Sb）合金的结构及磁性起源
• 1.4 Heusler合金的相变温度影响因素
• 1.5 Heusler合金的应用
• 1.5.1 磁制冷的原理和特点
• 1.5.2 磁制冷的热力学基础
• 1.5.3 磁制冷的历史与发展
• 1.6 本文研究意义、内容及目标
• 1.6.1 Ni-Mn-Z（Z=In,Sn,Sb）相变温度的研究
• 1.6.2 Ni-Mn-Sn铁磁形状记忆合金的马氏体相变和磁熵
• 第二章 样品制备及性能表征
• 2.1 样品制备
• 2.1.1 样品熔炼
• 2.1.2 热退火
• 2.2 结构及性能表征
• 2.2.1 X射线衍射
• 2.2.2 振动样品磁强计（VSM）
• 第三章 Ni-Mn-Sn合金的马氏体相变研究
• 3.1 引言
• 3.2 样品制作及测试
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 XRD测试分析
• 3.3.2 热磁曲线
• 3.3.3 结果分析与讨论
• 3.4 本章小结
• 50Ni₃₉Sn_11-xAl_x合金的磁相变及磁热效应'>第四章 Mn₅₀Ni₃₉Sn_11-xAl_x合金的磁相变及磁热效应
• 4.1 引言
• 4.2 样品制备及测试
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 XRD测试分析
• 4.3.2 热磁曲线和磁化曲线
• 4.4 小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢