Mn50Ni50-xSnx鐵磁形狀記憶合金的物性研究.pdf

1、鐵磁形狀記憶合金材料是一種新型的功能材料,具有諸多優(yōu)良性質(zhì),在各個(gè)領(lǐng)域都具備很大的應(yīng)用潛力。近十年來,越來越多新的鐵磁形狀記憶合金的出現(xiàn)使得人們對(duì)這類合金產(chǎn)生了濃厚的興趣。但是,研究發(fā)現(xiàn),部分材料存在一些缺點(diǎn)和不足。因此,研究者致力于開發(fā)更新的鐵磁形狀記憶合金材料,并期望從中獲得更加優(yōu)越的性質(zhì),以替代原有材料,彌補(bǔ)其不足。繼Mn2NiGa合金的出現(xiàn),研究者運(yùn)用第一性原理,對(duì)Mn2NiSn等Mn2Ni基材料的結(jié)構(gòu)和馬氏體相變進(jìn)行了理論計(jì)算

2、,預(yù)計(jì)該材料可能成為新的鐵磁形狀記憶合金,但是,對(duì)于該材料的實(shí)驗(yàn)方面的系列研究一直未見報(bào)道。
　　本文借助于電弧熔煉和甩帶等方式系統(tǒng)地制備了系列MnsoNi50-xSnx合金,并通過改變制備條件、調(diào)節(jié)成分和摻雜其他元素,研究合金的各種性質(zhì)。利用X射線衍射儀(XRD)、差熱分析儀(DTA)、示差掃描量熱儀(DSC)等儀器來測(cè)量其結(jié)構(gòu)和相變溫度,利用物理性能測(cè)試系統(tǒng)(PPMS)對(duì)其磁性進(jìn)行表征,通過第一性原理計(jì)算研究其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的內(nèi)在

3、機(jī)制。通過對(duì)測(cè)量和計(jì)算數(shù)據(jù)的整理,對(duì)該合金的部分性質(zhì)進(jìn)行了初步探討。具體工作如下:
　　1.用電弧熔煉方法制備了系列Mn50Ni50-xSnx(0≤x≤25)樣品。測(cè)試表明,所有合金樣品均為單相結(jié)構(gòu),高溫母相(奧氏體相)為Hg2CuTi型立方結(jié)構(gòu),低溫馬氏體相為四方結(jié)構(gòu)。隨著Sn取代Ni含量的增加,體系的價(jià)電子濃度減小,樣品的馬氏體相變溫度TM也隨之線性降低,具體表現(xiàn)為,每增加1at.％的Sn可以使TM降低約72K,當(dāng)Sn含量增加

4、至12at.％時(shí),馬氏體相變消失,樣品始終保持高溫母相的立方結(jié)構(gòu);而樣品母相的居里溫度TAC幾乎不隨Sn含量的變化而改變,從而可以調(diào)節(jié)樣品的TM,使之降低至TAC以下,獲得新的鐵磁形狀記憶合金Mn50Ni50-xSnx(9≤x≤11)。Mn50Ni50-xSnx合金的熱滯后隨著Sn含量的增加而減小,其中Mn50Ni40Sn10的熱滯后只有8K,大大降低了馬氏體相變過程中的能量損失,使材料在實(shí)際應(yīng)用中更具優(yōu)勢(shì)。在未摻雜Co元素的Mn50N

5、i40Sn10樣品中發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)誘發(fā)馬氏體相變、磁電阻和霍爾現(xiàn)象,其dT/dH=2K/T,磁電阻MR=37％。
　　2.用熔煉和甩帶相結(jié)合的方法制備了系列Mn50Ni50-x-ySnxCoy(4≤x≤11,1≤y≤16)樣品。通過增加Co元素含量和降低Sn元素含量,可以同時(shí)提高樣品的TAC和TM,由此制成了相變溫度為530K的高溫鐵磁形狀記憶合金Mn50Ni32Sn6Co12。繼續(xù)增加Co元素含量和降低Sn元素含量使其成分變?yōu)镸n5

6、0Ni31Sn5Co14時(shí),合金出現(xiàn)第二相。
　　3.Mn50Ni41-ySn9Coy(0≤y≤6)系列樣品在低溫馬氏體相存在交換偏置現(xiàn)象,且交換偏置場(chǎng)和矯頑場(chǎng)隨Co含量的增多而先增大后減小直至消失。這是由于低溫的自旋玻璃相對(duì)鐵磁馬氏體相的釘扎作用減小直至被其反轉(zhuǎn)造成的。
　　4.運(yùn)用第一性原理計(jì)算,對(duì)Mn50Ni50-xSnx樣品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。通過對(duì)樣品電子定域函數(shù)的計(jì)算和電子密度的分析發(fā)現(xiàn),合金的成鍵特征和電子