双向调控MnCoGe基合金磁结构相变与磁热效应研究

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MM’X合金发生从高温六角Ni2In相至低温正交TiNiSi相的马氏体结构相变,如果将此相变调控至两相的磁有序温度之间,可以获得具有大磁化强度突变的磁结构耦合相变,预示着丰富的物理效应。目前,可通过调节化学成分,热处理和施加静压力等手段实现MM’X合金的一级磁结构相变,然而大部分研究者只关注单向调控,提出众多各异的解释机制。基于此,本文以MnCoGe合金为研究对象,通过双向调节元素比例,设计合适成分,调控获得一级磁结构耦合相变,试图给予统一解释。另外,由于结构相变前后大的体积变化导致MM’X合金极差的力学性能,严重限制了合金的研究和应用,因此本文最后以MnNiGe基合金为对象,研究通过和低熔点金属热压的方法提高MM’X合金的力学性能。首先,本文在MnCoGe基合金中通过双向调控Mn/Ge比例,在两个方向上均实现了磁结构耦合相变,相变前后磁化强度突变增大,在Mn0.98CoGe1.02合金中观察到磁场诱导的变磁性马氏体相变,由此导致了巨室温磁热效应,μ0(35)H=0-5 T磁场变化下,磁熵变峰值-(35)SM,max高达31.60 Jkg-1K-1。通过价电子浓度(e/a)和化学压力的共同作用统一解释了两个方向上相变调控的物理机制。其次,本文在MnCoGe基合金中通过双向调控Co/Ge比例,在两个合金体系中均实现了一级磁结构耦合相变,富Co体系MnCo1+yGe1-y导致Co2MnGe第二相的出现,使得两体系合金中均存在Co空位,因此本文通过Co空位导致Co-Ge六元环的失稳解释了两个体系均实现磁结构相变的物理机制。同样,我们也在这两个体系中获得巨大室温磁热效应。最后,本文通过和低熔点金属热压的方法,解决MM’X合金易碎的问题,制备出了致密的Mn0.84Fe0.16NiGe/Sn块状复合材料,表面具有金属光泽,表现出良好的加工性能和耐腐蚀性,且获得了优异的负膨胀性能,负热膨胀温区(35)T=76 K(124-200 K)内实现了大的线性热膨胀系数aL约为-164.7 ppm/K,同时在185 K、μ0H=0-7 T磁场变化下也获得了高达628 ppm的磁致应变。综上,本文通过双向调节元素比例的方法在MnCoGe基合金中实现了磁结构相变,并获得巨室温磁热效应,对其机制分别给予了统一解释,为拓展MM’X合金磁结构相变及其物理性质研究提供了理论基础;通过和低熔点金属热压制备出了致密的MnNiGe基合金块状复合材料,有效提高了MM’X体系合金的力学性能,拓展了相关研究。
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