Диссертация (Особенности магнитокалорического эффекта и магнитных свойств сплавов Fe-Rh в области фазового перехода антиферромагнетизм - ферромагнетизм), страница 13

Как показановыше, исследуемый сплав Fe50,4Rh49,6 проявляет фазовый переход АФМ – ФМ притемпературе около 325 К. Для того, чтобы приблизить это значение к комнатнымтемпературам были изготовлены сплавы с содержанием небольшого количества палладия.ИзмеренныекривыеM(T)длясплавовFe-Rh,легированныхпалладием,демонстрируют резкие скачки намагниченности в области температур 295 – 305 К и 285 К–295КдлясоставовFe49,7Rh47,4Pd2,9иFe46,3Rh46,8Pd4,9.Отмеченныескачкинамагниченности соответствуют магнитному фазовому переходу первого рода АФМ –ФМ.

Максимальная величина намагниченности в магнитном поле 1 Тл достигает значения~130,2 Ам2/кг (~1,98 µB) для состава Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и 106,4 Ам2/кг для составаFe46,3Rh46,8Pd4,9. Температурные кривые намагниченности (Рис. 32) показывают, чтолегирование сплава Fe-Rh палладием привело к уменьшению значения температурыфазового перехода АФМ – ФМ. При этом, увеличение примеси палладия в сплавеприводит к более сильному смещению температуры фазового перехода.

Так, в сплавеFe49,7Rh47,4Pd2,9 скачок намагниченности наблюдается при температуре около 300 К, всплаве Fe46,3Rh46,8Pd4,9 – при температуре около 293 К, что ниже на величину около 25 К и32 К, чем для состава Fe50,4Rh49,6, не легированного палладием. Факт такого смещениятемпературы перехода при добавлении в сплав Fe-Rh небольшого количества палладиянаходится в хорошем соответствии с результатами, представленными в работах[20,22,26,39,119,164,176].68В результате измерения намагниченности показано смещение производнойнамагниченности по температуре (dM/dT) при увеличении величины магнитного поля(Рис.

33). Максимумы кривых dM/dT(T) отражают смещение точки магнитного переходаАФМ – ФМ в исследуемых составах Fe50,4Rh49,6, Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe46,3Rh46,8Pd4,9 навеличину около 3 K, 4 К и 5 К, соответственно, в направлении низких температур приувеличении магнитного поля от 0,25 Тл до 1 Тл. Смещение температуры перехода приувеличении магнитного поля показано на вставках к графикам на Рис.

33. Сдвигтемпературы перехода в сплаве Fe50,4Rh49,6 в 4 К/Тл находится в хорошем согласии(принимая во внимание различия в составе) со значением 5 К/Тл для сплава Fe48Rh52,определенным на основе данных, представленных в работе [55].Величины смещения 4 К (для состава Fe49,7Rh47,4Pd2,9) и 5 К (для составаFe46,3Rh46,8Pd4,9) при увеличении магнитного поля от 0,25 Тл до 1 Тл, незначительнопревышает величину смещения температуры перехода для Fe50,4Rh49,6, равную 3 К.

Данноеповедение качественно хорошо согласуется с результатами, представленными в работе[20], согласно которым температура перехода смещается на величину около 6 К длясплава Fe49Rh51 и 10 К для сплава, легированного палладием Fe49(Rh0,97Pd0,03)51 приувеличении магнитного поля от 0,25 Тл до 1 Тл.Обнаруженное смещение температуры перехода в сторону низких температурсвязано с тем, что увеличение магнитного поля приводит к росту локальных областей сФМ упорядочением в объеме образца в температурной области сосуществования АФМ иФМ фаз, стабилизируя в ней ФМ фазу.69Рис.

33.Зависимость производных намагниченности dM/dT сплавов (а) Fe50,4Rh49,6, (б)Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и (в) Fe46,3Rh46,8Pd4,9 от температуры при значениях магнитных полей 0,25Тл, 0,5 Тл, 0,75 Тл и 1 Тл.70Для исследования температурного гистерезиса [15,16,20,29] в исследуемых сплавахFe-Rh нами проведено измерение намагниченности при нагревании (магнитный фазовыйпереход АФМ - ФМ) и последующем охлаждении (ФМ - АФМ) в магнитном поле 0,4 Тл.На Рис. 34 (а-б) представлены экспериментальные температурные зависимостинамагниченности, полученные при нагревании и последующем охлаждении образцовFe50,4Rh49,6, Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe46,3Rh46,8Pd4,9 в диапазоне температур 290 - 395 К, 275 - 375К и 220 - 350 К, соответственно.

В результате измерений установлено наличиетемпературного гистерезиса для каждого из образцов. Для наиболее точного определенияширины гистерезиса и температуры фазового перехода при нагревании и охлаждении длякаждого из исследуемых образцов построена температурная зависимость производнойнамагниченностипотемпературе,соответствующаянагреваниюобразцаиегоохлаждению (вставки к графикам (а), (б), (в) на Рис. 34.

В результате установлено, чтоширина температурного гистерезиса в сплавах Fe-Rh возрастает при увеличенииконцентрации палладия в сплаве от значения в 13 К для Fe50,4Rh49,6 до значения в 18 К длясплава Fe46,3Rh46,8Pd4,9. Подобный характер гистерезиса в сплавах Fe-Rh, легированныхметаллами показан также в работе [20]. Максимумы на кривых производныхнамагниченности указывают на следующие значения температур магнитного фазовогоперехода: (а) 312,8 К при охлаждении и 325,8 К при нагревании для Fe50,4Rh49,6, (б) 288 Кпри охлаждении и 304,4 К при нагревании для Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и (в) 275 К при охлаждениии 293 К при нагревании для Fe46,3Rh46,8Pd4,9.71Рис.

34. Температурный гистерезис на кривой намагниченности в сплавах (а) Fe50,4Rh49,6,(б) Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и (в) Fe46,3Rh46,8Pd4,9 в магнитном поле 0,4 Тл при нагревании ипоследующем охлаждении. Стрелки указывают направление хода кривых. Во вставках кграфикам показаны зависимости производной намагниченности по температуре вмагнитном поле 0,4 Тл. Стрелки на вставке указывают температуры максимумовпроизводных намагниченности при нагревании и охлаждении.72СвойстваисследуемыхполикристаллическихзакаленныхобразцовсплавовFe50,4Rh49,6, Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe46,3Rh46,8Pd4,9, полученные в ходе проведенных магнитныхи рентгенофазовых исследований, представлены в таблице 4.

В результате исследованийбыло получено, что легирование сплава Fe-Rh небольшими добавками палладия приводитк смещению температуры фазового перехода АФМ – ФМ в сторону низких температур,при этом величина смещения растет с увеличением палладия в сплаве (Рис. 33 (а-в)), чтосогласуется с результатами, представленными в работах [20,22,26,39,119,164,176]. Важноотметить, что в Главе 4 показано, что хладоемкость (RC) не изменяется при увеличениисодержания палладия в сплавах на основе Fe-Rh. Таким образом, легирование сплавов FeRh палладием позволяет получить материалы с требуемыми значениями точки фазовогоперехода при сохранении высоких значений хладоемкости, что интересно с точки зренияпрактического применения. Температура перехода АФМ – ФМ вызванного нагреваниемсплавов Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe46,3Rh46,8Pd4,9 составила около 304,5 К и 293 К, в то время какточка перехода АФМ – ФМ сплава Fe50,4Rh49,6 около 326 К.Таблица 4.

Параметр решетки a, намагниченность насыщения MS в поле 1 Тл,смещение температуры перехода ∆TH при увеличении магнитного поля от 0,25 Тл до 1 Тл,температура перехода АФМ – ФМ при нагревании TtrАФМ-ФМ, температура перехода ФМ –АФМ при охлаждении TtrФМ-АФМ, ширина температурного гистерезиса намагниченности∆Ttr в магнитном поле 1 Тл исследуемых сплавов Fe50,4Rh49,6 и Fe49,7Rh47,4Pd2,9.a, ÅMS, А м2/кг ∆TH,(H = 1Тл)КTtrАФМ-ФМ, КTtrФМ-АФМ, К∆Ttr, КFe50,4Rh49,62,974120,93325,8312,813Fe49,7Rh47,4Pd2,92.992130,14304,528816,4106529327518Fe46,3Rh46,8Pd4,9Таким образом, в ходе настоящей работы было получено смещение температурыперехода АФМ – ФМ, в результате которого переход осуществляется при комнатнойтемпературе (293 К для Fe46,3Rh46,8Pd4,9). Для этого исходный сплав Fe-Rh был легированнебольшим количеством палладия.

Кроме того, был изготовлен и исследован сплавFe49,7Rh47,4Pd2,9, в котором фазовый переход АФМ – ФМ происходит при температуре304,5 К, близкой к значению температуры человеческого тела, что делает данный сплавперспективным для медицинских применений [182].73Помимо смещения температуры перехода в сплавах на основе Fe-Rh, в результатемагнитных измерений установлено, что ширина температурного гистерезиса припереходах АФМ – ФМ (при нагревании) и ФМ – АФМ (при охлаждении) в исследуемыхсплавах возрастает при легировании сплава палладием и дальнейшем увеличении егосодержания.

Так, для сплава Fe50,4Rh49,6 ширина гистерезиса 13 К, легирование сплавапалладием приводит к уширению гистерезиса до значения 16,4 К для сплаваFe49,7Rh47,4Pd2,9, увеличение содержания палладия в сплаве приводит к дальнейшему ростуширины гистерезиса до значения в 18 К для сплава Fe46,3Rh46,8Pd4,9. Отмеченное поведениеширины гистерезиса также упомянуто в работе [20].В дополнение, экспериментальные данные магнитных измерений, выполненных вразличных магнитных полях, показали величину смещения температуры фазовогоперехода, связанного с действием магнитного поля. Температура перехода АФМ – ФМ висследованных сплавах смещается в сторону низких температур. Величина смещения - 4К/Тл для Fe50,4Rh49,6, 5,3 К/Тл для сплава Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и 6,6 К/Тл для сплаваFe46,3Rh46,8Pd4,9. Полученные значения хорошо согласуются с результатами, отмеченнымидля близких составов сплава Fe-Rh в работах [20,55].74ГЛАВА 4.

МКЭ в сплавах на основе Fe-Rh4.1 МКЭ в сплаве Fe50,4Rh49,6Измерения МКЭ на образцах сплавов Fe50,4Rh49,6, Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9проводились при изменении магнитного поля от -1,8 Тл до +1,8 Тл с различнымискоростями изменения магнитного поля до 6 Тл/с в диапазоне температур 80 К – 360 К.Используемая установка позволяет проведение одновременных измерений магнитногополя в рабочем зазоре источника и текущего значения величины ∆T со скоростью 50отсчетов/с. Перед каждым измерением ∆T(H) образец переводился в АФМ состояние приохлаждении до температуры в 270 К. Подробная методика измерений описана в разделе2.3.3 настоящей работы.На Рис.

35 показан характерный вид временных зависимостей магнитного поля иадиабатического изменения температуры для сплава Fe50,4Rh49,6 при скорости изменениямагнитного поля 1 Тл/с. Изменение магнитного поля со временем происходит посинусоидальному закону (красная штриховая линия на Рис. 35). Изменение температурыобразца ∆T Fe50,4Rh49,6, вызванное синусоидальным изменением магнитного полявследствие МКЭ показано синей сплошной линией на Рис. 35. В сплавах Fe50,4Rh49,6,проявляется отрицательный МКЭ, таким образом наблюдается охлаждение образца. Занулевое значение величины ∆T берется температура образца непосредственно передзапуском магнитной системы и измерением.На Рис. 35 видно, что величина ∆T не возвращается к начальному (нулевому)значению после одного полного цикла магнитного поля.

На 11-ой секунде завершаетсяодин полный цикл изменения магнитного поля, магнитное поле равно нулю, в то времякак величина ∆T не возвращается к начальному значению. Этот эффект обсуждается нижев настоящей работе. После остановки магнитной системы (после 11-ой секундыизмерений на Рис. 35) образец медленно нагревается со скоростью 0,04 К/с (синяясплошная линия на Рис. 35) вследствие притока тепла через используемую термопару. Сэтим явлением также связано уменьшение величины второго пика на зависимости ∆T(t),где t – время.