六角Mn(Co,Ni)Ge基合金负热膨胀与磁驱马氏体相变研究

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Ni2In类型六角结构的MnMX(M=Co、Ni,X=Ge、Si)合金具有非常丰富的磁-结构特性,近年来正成为一种潜在的磁性多功能材料。作为MnMX系列合金的成员,Mn(Co,Ni)Ge基合金的磁-结构相变在很窄的温区内就能完成,导致合金的负热膨胀温区很窄,不利于实际应用。同时,该类合金的马氏体相变对磁场非常不敏感,磁场很难驱动变磁性相变,导致合金磁致功能性质(如磁致应变、磁电阻等)很弱,极大地限制了合金的研究和应用领域。针对这些问题,本文以MnCoGe和MnNiGe基合金为研究对象,分别通过球磨和二次退火的方法调节合金内应力分布情况,以达到拓宽合金磁-结构相变温区和提高马氏体相变对磁场敏感度的目的。六角Mn0.965Co1.035Ge合金的磁-结构相变和负热膨胀效应。通过高能球磨的方法,在Mn0.965Co1.035Ge合金中引入缺陷和残余应力,改变样品内部应力分布情况,使残余应力分布不均匀,从而稳定了高温六角Ni2In相,导致较高比例的奥氏体相不再发生马氏体相变,扩大了奥氏体相与马氏体相共存的温度范围,一级磁-结构相变温区变宽,使得合金负热膨胀温区变宽。在球磨四小时的样品中,获得了非常优异的负热膨胀性能,兼具大膨胀系数和宽膨胀温区:线性热膨胀系数?L-41.3 ppmK-1,负热膨胀温区(35)T=221 K(140-360 K)。通过同步辐射和磁性测量等手段对负热膨胀的物理机制进行了探索。六角Mn1-xFexNiGe合金磁驱马氏体相变和磁热效应。利用少量铁磁性元素Fe替代Mn,在Mn1-xFexNiGe中获得铁磁马氏体到顺磁奥氏体的一级磁-结构耦合相变。在此基础上,对合金进行二次退火处理,改变样品中的应力分布情况,使残余应力重新均匀分布和释放,不仅提高了磁-结构相变的剧烈程度,并且使之在很宽温区内被调控。更重要的是,在合金中实现了磁场驱动的变磁性马氏体相变,基于此,获得了优异的磁热性能,Mn0.84Fe0.16NiGe合金在973 K温度下二次退火10小时的样品在0-5 T磁场变化下磁熵变?SM的峰值达到了30.6Jkg-1K-1,制冷能力RC高达224.4 Jkg-1。本文研究结果为这两类合金的实际应用奠定了实验和理论基础。
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