NiMn基铁磁形状记忆合金的探索与物性研究

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NiMn基铁磁形状记忆合金因为其马氏体相变既可以由温度场调控,又可以由磁场调控,由此衍生出很多新颖的特性,比如磁电阻、磁致应变、磁制冷等等。其代表性材料是NiMnGa和NiMnIn合金。前者研究得比较早,其主要的特点是具有大的磁致应变,但是其磁功输出比较小。最近儿年发现NiMnIn合金除具有比较新颖的特性外,其磁功输出也比较大,是当前研究的热点。我们从探索新材料和改善已有性质的角度出发,采用电弧熔炼和甩带快淬的方法制备了系列NiMnIn合金,通过X射线衍射,扫描电镜,多功能物性测量系统(MPMS)等手段对各种物性做表征,主要做了以下几个方面的工作:(1)对多晶Ni50Mn33In17-xGax (x=4,5,7,8)样品与马氏体相变相关的结构及应变行为进行了研究。所有的样品表现出良好的马氏体相变。基于马氏体相变,在平行于凝固方向发现正的相变应变,而在垂直于该方向观察到负的相变应变,说明样品具有很好的择优取向。由于磁场诱导逆马氏体相变的发生,在70 kOe的磁场下发现了较大的可恢复磁致应变。最大磁致应变发生在x=4的样品, 沿两个方向的最大值分别为-0.28%和0.5%,该值比之前报道的掺Co的NiMnIn多晶样品大好几倍。应变值随着Ga含量的增加而减小,说明择优取向随Ga含量的增加而降低。(2)研发了Ni55Mn35In20铁磁形状记忆合金,并且运用第一性原理计算对其做了理论研究。样品是经过甩带机甩带制备而成。甩带片在室温下展现的是有序的L21结构。对于磁性和输运的测量发现,马氏体的相变温度为156K,并且奥氏体相和马氏体相都表现出铁磁性。此外,由于磁场诱导马氏体逆相变的发生,在50kOe的磁场下观察到17%的负磁电阻。由第一性原理计算得出,在该合金中占据原位的Ni的3d电子与占据In位的Ni的3d电子的杂化是驱动马氏体相变的主要因素。(3)基于Ni55Mn25In20合金中马氏体相变的发现,为了进一步研究这类合金的相变原理及规律,我们制备了一系列样品Ni55Mn25In25-x(x=0-9),并对其结构及性质做了详细的研究。通过对其结构的研究发现,晶格常数随着In含量的减少而减小。通过对样品输运性质的测量发现,当x≥5时开始出现马氏体相变,并且相变温度随着In含量的减少逐渐升高;当x≥9时,熔炼和甩带都无法获得纯的Heusler结构,导致马氏体相变消失。关于相变的微观机制还在进一步的研究中。
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