Ферромагнетики с памятью формы - фазовые переходы и функциональные свойства (1097950), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Ховайло, Э.И. Эстрин,91УФН 173 (2003) 577P. Entel, V.D. Buchelnikov, V.V. Khovailo, et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 39 (2006) 86570V.V. Khovailo, V. Novosad, T. Takagi, et al., Phys. Rev. B 70 (2004) 17441352V.V. Khovailo, T. Takagi, J. Tani, et al., Phys. Rev. B 65 (2002) 09241039V.V. Khovailo, T.
Takagi, A.D. Bozhko, et al., J. Phys.: Condens. Matter 13 (2001) 965538V.V. Khovaylo, V.D. Buchelnikov, R. Kainuma, et al., Phys. Rev B 72 (2005) 22440838V.V. Khovailo, K. Oikawa, T. Abe, and T. Takagi, J. Appl. Phys. 93 (2003) 848330V.V. Khovailo, T. Abe, V.V. Koledov, et al., Mater. Trans. 44 (2003) 250930А.Д. Божко, А.Н. Васильев, В.В. Ховайло и др., ЖЭТФ 115 (1999) 174028* по состоянию на 10.09.2010г. Источник данных: ISI Web of Science (http://apps.isiknowledge.com/)Личный вклад автора состоит в обнаружении явления частичной стабилизациимартенсита в высокотемпературных сплавах с эффектом памяти формы, в постановкезадач, приготовлении и термообработке образцов, проведении всех основныхэкспериментальных работ, обработке и обсуждении результатов, формулировкевыводов.
Феноменологическое описание фазовых переходов проводилось В.Д.Бучельниковым, С.В. Таскаевым и В.Г. Шавровым. Термомеханический анализ ипросвечивающая электронная микроскопия выполнены в Университете Балеарскихостовов (Испания) С. Сегуи и Дж. Понсом. Тонкие пленки были приготовлены вУниверситете Тохоку (Япония) М. Оцукой. Некоторые измерения магнитных свойствбылипроведеныА.В.Королевым(ИФМУрРАН).ИсследованияметодомМессбауэровской спектроскопии проводились в Университете Синшу (Япония) Ю.Амако. Измерения в импульсным магнитных полях были выполнены в Институтефизики твердого тела Токийского университета (Япония). Прямые измерениямагнитокалорического эффекта проведены в Тверском государственном университетеК.П.
Скоковым.Апробация работыОсновные результаты работы были представлены на следующих конференциях исимпозиумах: International Conference on Magnetism (ICM-2003, -2006, -2009),Международная зимняя школа физиков-теоретиков (“Коуровка”-2006, -2008, -2010),Moscow International Symposium on Magnetism (MISM-2002, -2005, -2008), EuropeanSymposiumonMartensiticTransformations(ESOMAT-2003,-2006,-2009),Международная школа-семинар “Новые магнитные материалы микроэлектроники”(НМММ-2000, -2002, -2004, -2006), International Conference on Magnetic Refrigeration atRoom Temperature (TERMAG-2005, -2007, -2009, -2010), International MagneticsConference (INTERMAG-1999, -2008), International Symposium on Relationship betweenMagnetic and Structural Properties (2000), международный семинар «Магнитные фазовыепереходы» (2005, 2007), International Seminar on Shape Memory Alloys and RelatedTechnology (SMART-1999, -2000), международная конференция «Актуальные проблемыпрочности» (2003, 2007), International Conference on Functional Materials (ICFM-2003, 2005, -2007, -2009), European Materials Research Society Fall Meeting (E-MRS-2005, 2007), Euro-Asian Symposium “Trend in Magnetism” (EASMAG-2004), Joint EuropeanMagnetic Symposium (JEMS-2004, -2006), Materials Research Society Fall Meeting (MRS2009).ПубликацииПо теме диссертационной работы опубликовано 6 обзорных статей и глав вмонографиях и 52 статьи в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК.Список основных публикаций приведен в конце автореферата.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка цитируемойлитературы.
Объем диссертации 301 страница, включая 104 рисунков, 7 таблиц,оглавление и список литературы из 340 наименований.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обосновывается актуальность работы, дается краткий обзорлитературы по ферромагнетикам с памятью формы, формулируются цели и задачиработы, отмечается новизна и практическая ценность работы, приводятся положения,выносимые на защиту, и кратко излагается структура и содержание работы.Подавляющее большинство ферромагнетиков с памятью формы являются Mnсодержащими сплавами Гейслера Ni2MnZ (Z = Al, Ga, In, Sn, Sb) со структуройаустенитнойфазытипаL21.Этуструктуруможнопредставитьввидеобъемноцентрированной кубической решетки, в которой атомы Ni занимают позиции вцентре куба, а атомы Mn и Z, чередуясь, занимают угловые позиции.
В сплавах Ni2MnZмагнитный момент ~ 4 μB локализован в основном на атомах марганца, вклад атомовникеля в полный магнитный момент не превышает 0,3 μB [6].В первой главе приводятся результаты исследований мартенситного и магнитногофазовых переходов в тройных и квазичетверных (с добавками 3d-переходных металлов)ферромагнетиках с памятью формы Ni-Mn-Z (Z = Ga, Sn), фазового перехода «порядок –беспорядок», а также влияния объемной магнитострикции на фазовую диаграммусплавов Ni2+xMn1-xGa. В первом разделе главы представлены композиционныезависимости температур мартенситного Tm и магнитного TC фазовых переходов сплавовNi2+xMn1-xGa (0 ≤ x ≤ 0,36), полученные из измерений электросопротивления,низкополевой магнитной восприимчивости и калориметрических измерений.
Изпостроенной фазовой диаграммы этих сплавов видно (рис. 1), что частичное замещениеMn на Ni приводит к росту Tm и понижению TC. Эти тенденции приводят к тому, что всплаве с х = 0,18 мартенситный и магнитный переходы происходят одновременно.Связанный магнитоструктурный фазовый переход 1-го рода «ферромагнитныймартенсит↔парамагнитныйаустенит»наблюдаетсявдовольноширокомкомпозиционном интервале 0,18 ≤ x ≤ 0,27. В сплавах с х > 0,27 мартенситноепревращение происходит в парамагнитной матрице, т.е. Tm > TC.650550Tm500TC450Ni2+xMn1-xGa6ΔS (Дж/моль К)T (K)6007Ni2+xMn1-xGaΘ400350300250543212000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40(x)Рис.
1. Экспериментальная фазоваядиаграмма сплавов Ni2+xMn1-xGa.0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35(x)Рис. 2. Полное изменение энтропии притермоупругом мартенситном превращениив сплавах Ni2+xMn1-xGa.Повышение температуры мартенситного перехода Tm можно объяснить,учитывая важную роль электронной концентрации в стабилизации структурыГейслера L21. В работе [7] было предположено, что структурный переход в сплавахNi-Mn-Ga происходит при касании поверхности Ферми и границы зоныБриллюэна.
Увеличение электронной концентрации при замещении Mn на Niприводит к раздуванию поверхности Ферми и таким образом к повышению Tm.Поскольку в Mn-содержащих сплавах Гейслера магнитный момент находится наатомах Mn и температура Кюри ТС зависит от расстояния между ближайшимиатомами Mn, понижение ТС в сплавах Ni2+xMn1-xGa вызвано разбавлениеммагнитной подсистемы при замещении Mn на Ni.
Немонотонная зависимостьтемпературы магнитоструктурного перехода от избытка Ni x объясняется каквызванная различием между виртуальными температурами Кюри аустенитной TCAи мартенситной TCM фаз (TCA < TCM) и конкуренцией между ростом электроннойконцентрации и разбавлением магнитной подсистемы, происходящей на фонесильного магнитоупругого взаимодействия. Теоретическое изучение фазовыхпереходов показало, что объемная магнитострикция модифицирует фазовуюдиаграммусплавовNi2+xMn1-xGa,приводяксущественномууширениюкомпозиционного интервала, в котором наблюдается магнитоструктурный переход.Далее в главе рассматривается полное изменение энтропии ΔS примартенситном переходе в сплавах Ni2+xMn1-xGa. Обнаружено, что, в отличие отнемагнитных сплавов с памятью формы, ΔS в ферромагнетиках с памятью формысильно зависит от композиции (рис.
2). Поскольку мартенситное превращениепротекает по бездиффузионному механизму, полное изменение энтропии можетбыть представлено какΔS = ΔSvib + ΔSel + ΔSmag,где ΔSvib, ΔSel и ΔSmag обозначают соответственно фононный, электронный имагнитный вклады в ΔS. Анализ этих вкладов указывает на то, что рост ΔS всплавах Ni2+xMn1-xGa (0 ≤ x ≤ 0,20) обусловлен увеличением вклада ΔSmag в полноеизменение энтропии, в то время как понижение ΔS в сплавах с x ≥ 0,22обусловлено, по-видимому, ростом температуры мартенситного перехода.В конце первой главы приводятсяэкспериментальныерезультатыпо550влиянию 3d-переходных металлов наструктурныеимагнитныеNi2.16-xCoxMn0.84Ga500фазовыеNi2.16Mn0.84-yCoyGay = 0.14Ni2.20-zFezMn0.80Ga450Sn).
Наиболее полно изучалось влияниесплавлениясферромагнитнымиT (K)переходы в сплавах Ni-Mn-Z (Z = Ga,400350300замещались как вместо Ni, так и вместо250Mn. Показано, что температуры фазовых200z = 0.04напозицииатомовNiтемпература мартенситного перехода Tmz = 0.167.58переходов в Ni-Mn-Z (Z = Ga, Sn) зависятзамещенияx = 0.03y = 0.04металлами Fe и Co, которые частичноот позиции Co (или Fe). В случаеx = 0.097.607.627.647.667.687.70(e/a)Рис. 3.
Температура мартенситногоперехода в Fe- и Co-содержащих сплавахNi-Mn-Ga как функция электроннойконцентрации e/a.сплавов Ni-Mn-Z быстро понижается, в то время как температура Кюри TCувеличивается.ЗамещениенапозицииатомовMnстабилизируетнизкотемпературную фазу, приводя к росту Tm, но не оказывает существенноговлияниянаTC,котораяпрактическинеизменяется.Полученныеэкспериментальные данные показывают, что сплавление с 3d-переходнымихимическимиэлементамипозволяет эффективно управлятьтемпературамифазовых переходов в ферромагнетиках с памятью формы Ni-Mn-Z. Кроме этого,полученные зависимости температуры мартенситного перехода Tm от электроннойконцентрации e/a (рис. 3) позволяют сделать количественную оценку Tm вквазичетверных сплавах Ni-Mn-Z еще до их приготовления.Вторая глава посвящена изучению особенностей протекания мартенситногопревращения в состаренных сплавах с памятью формы Ni-Mn-Ga и описаниюобнаруженного явления частичной стабилизации мартенсита, которое возникаетпосле долговременной выдержки образцовпри комнатной температуре.Исследованияпроводились40на200образцах сплава (ат.%) Ni57.5Mn17.5Ga25,которыепредварительноAp(a)-20-40подвергались-60-80-100-120-140Поток теплоты (у.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
