發(fā)布時間：2020-11-21 19:30

　　 MM’X合金發(fā)生從高溫六角Ni_2In相至低溫正交TiNiSi相的馬氏體結構相變,如果將此相變調控至兩相的磁有序溫度之間,可以獲得具有大磁化強度突變的磁結構耦合相變,預示著豐富的物理效應。目前,可通過調節(jié)化學成分,熱處理和施加靜壓力等手段實現(xiàn)MM’X合金的一級磁結構相變,然而大部分研究者只關注單向調控,提出眾多各異的解釋機制�；�于此,本文以MnCoGe合金為研究對象,通過雙向調節(jié)元素比例,設計合適成分,調控獲得一級磁結構耦合相變,試圖給予統(tǒng)一解釋。另外,由于結構相變前后大的體積變化導致MM’X合金極差的力學性能,嚴重限制了合金的研究和應用,因此本文最后以MnNiGe基合金為對象,研究通過和低熔點金屬熱壓的方法提高MM’X合金的力學性能。首先,本文在MnCoGe基合金中通過雙向調控Mn/Ge比例,在兩個方向上均實現(xiàn)了磁結構耦合相變,相變前后磁化強度突變增大,在Mn_(0.98)CoGe_(1.02)合金中觀察到磁場誘導的變磁性馬氏體相變,由此導致了巨室溫磁熱效應,μ_0(35)H=0-5 T磁場變化下,磁熵變峰值-(35)S_(M,max)高達31.60 Jkg~(-1)K~(-1)。通過價電子濃度(e/a)和化學壓力的共同作用統(tǒng)一解釋了兩個方向上相變調控的物理機制。其次,本文在MnCoGe基合金中通過雙向調控Co/Ge比例,在兩個合金體系中均實現(xiàn)了一級磁結構耦合相變,富Co體系MnCo_(1+y)Ge_(1-y)導致Co_2MnGe第二相的出現(xiàn),使得兩體系合金中均存在Co空位,因此本文通過Co空位導致Co-Ge六元環(huán)的失穩(wěn)解釋了兩個體系均實現(xiàn)磁結構相變的物理機制。同樣,我們也在這兩個體系中獲得巨大室溫磁熱效應。最后,本文通過和低熔點金屬熱壓的方法,解決MM’X合金易碎的問題,制備出了致密的Mn_(0.84)Fe_(0.16)NiGe/Sn塊狀復合材料,表面具有金屬光澤,表現(xiàn)出良好的加工性能和耐腐蝕性,且獲得了優(yōu)異的負膨脹性能,負熱膨脹溫區(qū)(35)T=76 K(124-200 K)內實現(xiàn)了大的線性熱膨脹系數(shù)a_L約為-164.7 ppm/K,同時在185 K、μ_0H=0-7 T磁場變化下也獲得了高達~628 ppm的磁致應變。綜上,本文通過雙向調節(jié)元素比例的方法在MnCoGe基合金中實現(xiàn)了磁結構相變,并獲得巨室溫磁熱效應,對其機制分別給予了統(tǒng)一解釋,為拓展MM’X合金磁結構相變及其物理性質研究提供了理論基礎;通過和低熔點金屬熱壓制備出了致密的MnNiGe基合金塊狀復合材料,有效提高了MM’X體系合金的力學性能,拓展了相關研究。
【學位單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TG132
【部分圖文】：

第一章緒論5圖1.1MM’X合金在ab面（a）和ac面（b）內的六角晶格[8]Fig.1.1LatticeofNi2In-typeMM’Xalloysshowninabplane(a)andacplane(b)[8]由于樣品相變過程中易碎裂，可能會減弱相界滑移所需克服的阻力，相變熱力學驅動力（過冷度）也小，使得MM’X合金馬氏體相變對溫度響應相當敏感[8]。在MM’X體系馬氏體相變中，六角母相的晶胞體積小于正交馬氏體相的晶胞體積，晶胞發(fā)生巨大的體積膨脹。對于MnCoGe來說，體積增加可達5.5%，單軸（沿母相c軸方向）線膨脹可達11%，這意味著在等靜壓或沿c軸的壓力作用下，相變溫度可被調節(jié)[11,12]。除溫度和外應力可以誘導MM’X合金的馬氏體相變，磁場也可以誘導其發(fā)生相變。相變前后兩相的磁性狀態(tài)和自由能變化量不同，相變溫度會因為外磁場的施加而發(fā)生變化，從而出現(xiàn)磁場誘導的結構相變。MnCoGe基合金中，馬氏體相具有更高的磁化強度，因此施加磁場后相變溫度升高，從而出現(xiàn)磁場誘導的奧氏體到馬氏體的轉變[11,13]。MM’X合金的馬氏體相變和兩相磁性特點的研究奠定了探索磁相變的基矗以MnCoGe基合金為例，在650K會發(fā)生六角Ni2In至正交TiNiSi的一級結構相變[14]，而Ni2In奧氏體相的居里溫度為275K[10]，TiNiSi馬氏體相的居里溫度為345K[7]。由此，相變可以發(fā)生在：順磁奧氏體-順磁馬氏體，順磁奧氏體-鐵磁馬氏體，鐵磁奧氏體-鐵磁馬氏體之間。而從理論方面，根據(jù)克勞修斯-克拉泊龍方程：TMBS（1.13）其中T表示在B的外場下，相變溫度的變化量，M和S分別為奧氏體相和馬氏體相的飽和磁化強度差及熵差[15,16]。T/B暗示了磁驅相變的效率，假使S不變，要想提高磁驅相變能力，必須提高M，即兩相的磁化強度差[16]。這樣就需使相變發(fā)生在順磁奧氏體-鐵磁馬氏體之間，也就是在Mn

第一章緒論6這一探究高潮為MM’X合金后續(xù)磁相變功能性質方面的研究積累了大量的數(shù)據(jù)與理論基矗為獲得巨磁熱及其他磁致效應，研究者們把目光投在調控結構相變降低相變溫度，以獲得大磁化強度差的方向上。MM’X合金馬氏體相變溫度對化學成分相當敏感，化學元素的微量改變都能使相變溫度發(fā)生顯著變化。目前，在MM’X合金中對化學成分的調控的方法主要歸納為：間隙原子摻雜，過渡元素/主族元素過量/缺位，過渡元素/主族元素取代。（1）間隙原子摻雜。2010年，Trung等人通過在MnCoGe間隙位中摻入B原子，穩(wěn)定了六角相，擴大了六角相的穩(wěn)定區(qū)域，使得磁相變和結構相變耦合，實現(xiàn)了室溫附近的一級磁共結構相變，獲得了巨磁熱效應，如圖1.2所示[17]。圖1.2在0.1T場下，MnCoGeBx(x=0.02,0.03,0.05)樣品的M(T)曲線[17]Fig.1.2M(T)curvesmeasuredinafieldof0.1TfortheMnCoGeBx(x=0.02,0.03,0.05)samples[17]（2）過渡元素/主族元素過量/缺位。中科院物理所王建濤等人利用第一性原理計算理論上研究了Co缺位對MnCoGe體系磁結構相變的影響，由于對稱性的變化導致磁性原子之間耦合距離的變化，出現(xiàn)了從高磁矩到低磁矩的磁相變與磁體積效應（magnetovolumeeffect）[10]。2010年，中科院物理所劉恩克等人在缺Mn的Mn1-xCoGe合金中，通過缺位調控，在室溫附近馬氏體和奧氏體居里溫度之間的溫度窗口，實現(xiàn)了一級磁結構相變，如圖1.3所示[18]。（3）過渡元素/主族元素取代。在MnCoGe中通過Al取代Mn導致馬氏體轉變溫度降低，并在0≤x≤0.01的成分范圍內實現(xiàn)了一級磁結構相變，如圖1.4所示[19]。

第一章緒論7圖1.3在0.01T場下，Mn1xCoGe(x=0.010,0.030,0.035和0.045)合金的M(T)曲線[18]Fig.1.3M(T)curvesinafieldof0.01TfortheMn1xCoGe(x=0.010,0.030,0.035and0.045)alloys[18]圖1.4在0.01T場下，Mn1xAlxCoGe(0≤x≤0.05)合金的M(T)曲線[19]Fig.1.4M(T)curvesinafieldof0.01ToftheMn1xAlxCoGe(0≤x≤0.05)alloys[19]磁性相互作用對原子間距敏感，上述化學成分的調控是通過引入化學壓力來產生晶格畸變，使得磁性與結構相變溫度均可被調控。此外，外壓力也可用來調控相變[9,12]。1978年，Anzai等人發(fā)現(xiàn)，在MnNiGe合金中，隨著壓力增加，結構相變溫度向低溫線性偏移，如圖1.5所示[9]。如圖1.6所示，Caron等人研究了物理和化學壓力對Mn1-xCrxCoGe系列合金的影響，結果顯示靜壓力與Cr取代引起的化學壓力在磁相變與結構相變的耦合與解耦中起著相似的作用[12]。通過控制不同的熱處理工藝，調節(jié)合金的內部應力，也可以實現(xiàn)磁共結構耦合相變。江南大學張成亮等人，在Mn1-xCo1+xGe合金中控制熱處理工藝，在中間溫度進行附加的退火，控制程序緩慢冷卻，調節(jié)了應力狀態(tài)，導致結構相變附近各向
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本文編號：2893490