掺杂元素对MnNiIn基合金相变及磁性能的影响

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富Mn含量的Mn-Ni-In基合金是近年来研究发现的一类新型磁控形状记忆合金材料。由于这类材料具有强烈的磁—结构耦合特征,在施加外磁场作用下可以产生显著的磁热效应,因此在磁致冷领域具有广阔的应用前景。但是该系列合金材料存在相变滞后大的问题,从而引起磁滞损耗较大,不利于得到更大的有效制冷能力。因此如何降低合金的相变滞后对该合金的应用具有重要意义。本论文通过电弧熔炼的方法制备了名义成分为Mn50-xNi37Co4In9Cux(x=0,1,2,3,4)及Mn50Ni38In9-xCo3Snx(x=1,2,3,4)的合金,系统分析了合金成分对马氏体相变温度、晶体结构、微观组织及磁性能的影响,以期为进一步合金成分设计与性能调控提供借鉴。Mn50-xNi37Co4In9Cux(x=0,1,2,3,4)合金中,随着Cu含量的增加,电子浓度升高,相变温度逐渐升高,相变滞后逐渐减小。当Cu含量为0%-1%时,合金的室温相为奥氏体相;Cu含量为2%-4%时室温相为马氏体相;由于Cu元素的原子半径小于Mn元素的原子半径,所以随着Cu元素含量的增加,晶胞体积会减小。Mn50-xNi37Co4In9Cux(x=0,1,2,3,4)合金具有磁—结构耦合特点,磁场能够诱发逆马氏体相变,并且相变过程中伴随着显著的磁热效应。3T磁场下Mn46Ni37Co4In9Cu4的磁熵变值最大,达到15.8 Jkg-1K-1,此时合金的有效制冷能力为122.1 Jkg-1,1.5 T磁场下合金的绝热温变最大为0.89 K。Mn50Ni38In9-xCo3Snx(x=1,2,3,4)合金中,保持其他原子含量不变,Sn逐步取代In后合金的相变温度会相应升高,相变滞后逐渐减小。当Sn含量为1%-2%时室温相为马氏体相;当Sn含量为3%-4%时室温相为奥氏体相;由于Sn的原子半径小于In的原子半径,所以随着Sn含量的增加晶胞体积会减小Mn50Ni38In9-xCo3Snx(x=1,2,3,4)合金具有磁—结构耦合特点,磁场能够诱发逆马氏体相变,并且相变过程中伴随着显著的磁热效应。3 T磁场下,最大磁熵变为13.1 Jkg-1K-1,最大有效制冷能力(RCeff)为 77.5 Jkg-1。1.5 T 磁场下,Mn50Ni38In6Co3Sn3合金在290 K处能得到的最大绝热温变为1.25 K。
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