Ni-Mn基铁磁形状记忆合金的马氏体相变调节

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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。
摘要第5-6页
Abstract第6-7页
第一章 绪论第10-21页
    1.1 引言第10-11页
    1.2 Heusler合金的马氏体相变第11-13页
        1.2.1 马氏体相变第11-12页
        1.2.2 相界摩擦理论第12-13页
    1.3 Heusler Ni-Mn-Z(Z=In,Sn,Sb)合金的结构及磁性起源第13-14页
    1.4 Heusler合金的相变温度影响因素第14-15页
    1.5 Heusler合金的应用第15-19页
        1.5.1 磁制冷的原理和特点第15-16页
        1.5.2 磁制冷的热力学基础第16-18页
        1.5.3 磁制冷的历史与发展第18-19页
    1.6 本文研究意义、内容及目标第19-21页
        1.6.1 Ni-Mn-Z(Z=In,Sn,Sb)相变温度的研究第19-20页
        1.6.2 Ni-Mn-Sn铁磁形状记忆合金的马氏体相变和磁熵第20-21页
第二章 样品制备及性能表征第21-27页
    2.1 样品制备第21-22页
        2.1.1 样品熔炼第21页
        2.1.2 热退火第21-22页
    2.2 结构及性能表征第22-27页
        2.2.1 X射线衍射第22-24页
        2.2.2 振动样品磁强计(VSM)第24-27页
第三章 Ni-Mn-Sn合金的马氏体相变研究第27-34页
    3.1 引言第27-28页
    3.2 样品制作及测试第28页
    3.3 实验结果与讨论第28-33页
        3.3.1 XRD测试分析第28-29页
        3.3.2 热磁曲线第29-30页
        3.3.3 结果分析与讨论第30-33页
    3.4 本章小结第33-34页
第四章 Mn_(50)Ni_(39)Sn_(11-x)Al_x合金的磁相变及磁热效应第34-40页
    4.1 引言第34页
    4.2 样品制备及测试第34-35页
    4.3 实验结果与讨论第35-38页
        4.3.1 XRD测试分析第35页
        4.3.2 热磁曲线和磁化曲线第35-38页
    4.4 小结第38-40页
第五章 总结与展望第40-41页
参考文献第41-45页
附录第45-46页
致谢第46页
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