Диссертация (1104133), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Для сравнения показаны также температурные зависимостиадиабатического изменения температуры ∆T(T) (закрытые круги).Температурные зависимости относительной величины «невозвращения» (TFIN –TINIT)/∆T для двух сплавов с добавками палладия показаны на Рис. 52. Данныезависимости практически совпадают для обоих сплавов. В области проявления МКЭотносительная величина «невозвращения» (TFIN – TINIT)/∆T не меняется до температуры288 K, дальнейший нагрев приводит к монотонному возрастанию до значений 0,7 (т.е.96величина «невозвращения» температуры после одного цикла магнитного поля возрастаетдо 70% от значения ∆T) при температуре 300 K.
Это увеличение относительной величины«невозвращения» (TFIN – TINIT)/∆T при росте температуры также видно на Рис. 51. Притемпературах выше 300 K величина (TFIN – TINIT)/∆T показывает слабое убывание стемпературой (практически не изменяется).(а) Fe49,7Rh47,4Pd2,9(б) Fe48,3Rh46,8Pd4,9Рис. 52. Температурная зависимость относительной величины «невозвращения» (TFIN –TINIT)/∆T (T) в области магнитного перехода АФМ – ФМ для сплавов (а) Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и(б) Fe48,3Rh46,8Pd4,9.Проведенный анализ экспериментальных зависимостей ∆T(H) показал, что нивеличина адиабатического изменения температуры ∆T, ни величина «невозвращения»температуры (TFIN – TINIT) в области температур магнитного фазового перехода АФМ –ФМ сплавов Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9 не зависят от скорости изменениямагнитного поля из диапазона 1 Тл/с – 5 Тл/с.
На Рис. 53 показаны величины ∆T и (TFIN –TINIT) для сплава Fe49,7Rh47,4Pd2,9, измеренные при температуре Ttr = 298 К. Из рисункавидно, что величины ∆T и (TFIN – TINIT) не изменяются при различных скоростяхизменения магнитного поля. Аналогичное поведение получено для сплава Fe48,3Rh46,8Pd4,9.97Адиабатическое изменение температуры ∆T сохранялось равным значению около -5,9 К, авеличина «невозвращения» (TFIN – TINIT) – около -4 К при температуре 298 К.Рис.
53. Величина адиабатического изменения температуры ∆T и «невозвращения»(TFIN – TINIT) в сплаве Fe49,7Rh47,4Pd2,9 при различных скоростях изменения магнитногополя в диапазоне 1 – 5 Тл/с при температуре 298 К.Всемагнитокалорическиеизмерения,описанныевыше,выполнялисьпоразработанному в ходе настоящей работы протоколу измерений при нагревании образцапо схеме измерений 1 (см.
п. 2.3.3).В ходе настоящей работы для сплавов Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9 такжепроведены измерения МКЭ по схеме измерений 2 (см. п. 2.3.3) при обратном переходеФМ – АФМ при охлаждении из ФМ состояния.На Рис. 54(а) показана температурная зависимость адиабатического изменениятемпературы ∆T(T) сплава Fe49,7Rh47,4Pd2,9 в области температур 270 К – 310 К, амплитудамагнитного поля 1,8 Тл, скорость изменения магнитного поля 1 Тл/с, измеренияпроводились по схеме измерений 2 с шагом 2 К по температуре. Максимум на полученнойзависимости ∆T(T) проявлялся при температуре около 286 К. На Рис. 55(a) представленааналогичная зависимость для сплава Fe48,3Rh46,8Pd4,9. Пики зависимостей ∆T(T),полученных при переходе ФМ – АФМ при охлаждении, смещены в сторону низкихтемператур на величину около 7 К относительно пиков ∆T(T), соответствующихобратному переходу АФМ – ФМ при нагревании (см.
Рис. 48). Данное смещение связано сналичием температурного гистерезиса в сплавах на основе Fe-Rh.98Рис. 54. (а) Экспериментальная зависимость ∆T(T) в области фазового перехода ФМ –АФМ сплава Fe49,7Rh47,4Pd2,9 при изменении магнитного поля от -1,8 Тл до +1,8 Тл.Зависимость получена в результате измерений при охлаждении образца. Передизмерением каждой точки образец переводился в ФМ состояние нагреванием до 350 К,после чего медленно охлаждался до температуры измерения. Экспериментальныезависимости ∆T(H) при температурах (б) 281,6 К, (в) 286,9 К, (г) 288,7 К.Рис.
55. (а) Экспериментальная зависимость ∆T(T) в области фазового перехода ФМ –АФМ сплава Fe48,3Rh46,8Pd4,9 при изменении магнитного поля от -1,8 Тл до +1,8 Тл.Зависимость получена в результате измерений при охлаждении образца. Передизмерением каждой точки образец переводился в ФМ состояние нагреванием до 350 К,после чего медленно охлаждался до температуры измерения. Экспериментальныезависимости ∆T(H) при температурах (б) 282,8 К, (в) 284,9 К, (г) 288,8 К.99Как и для состава Fe50,4Rh49,6 (Рис. 47), для сплавов, легированных палладиемFe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9 получено, что эффект «невозвращения» не проявляетсяна кривых ∆T(H) – температуры в начальный момент времени TINIT и конечный моментвремени TFIN цикла изменения магнитного поля равны. На Рис. 54(б)-(г) и Рис. 55(б)-(г)представлены несколько зависимостей ∆T(H) при некоторых значениях температур вобласти магнитного перехода ФМ – АФМ в образцах Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9:- ниже точки магнитного перехода ФМ – АФМ Ttr (281,6 К на Рис.
54(б) и 282,8 К наРис. 55(б)) при которой уже наблюдается МКЭ в области измерений;- при температурах около Ttr (286,9 К на Рис. 54(в) и 284,9 К на Рис. 55(в)), прикоторых МКЭ достигает максимального значения;- и выше точки магнитного перехода Ttr (288,7 К на Рис. 54(г) и 288,8 К Рис. 55(г))при которой еще наблюдается МКЭ.Таким образом, в ходе проведенных измерений МКЭ обнаружено присутствиеэффекта «невозвращения» температуры образцов сплавов на основе Fe-Rh к начальномузначению после одного полного цикла магнитного поля при переходе АФМ – ФМ принагревании.
С другой стороны, при обратном переходе ФМ – АФМ при охлаждении изАФМ состояния эффекта «невозвращения» не обнаружено ни на одной из измеренныхзависимостей ∆T(H), проанализированных в ходе работы. Данная несимметрия эффекта«невозвращения» проявляется как в бинарном сплаве Fe50,4Rh49,6, так и в сплавахFe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9, легированных палладием. Полученные результатыотражают также несимметрию в динамике магнитного фазового перехода АФМ – ФМ всплавах на основе Fe-Rh.В дополнение, в результате прямых измерений МКЭ получены значениятемпературы перехода АФМ – ФМ.
Характер смещения температуры перехода приувеличении содержания палладия в сплаве показано наРис. 56 (а). Показано, чтозначение температуры перехода проявляет зависимость от величины содержаниялегирующего металла палладия.100(а)(б)Рис. 56.(а) Значения температуры перехода АФМ – ФМ, полученные из измерений МКЭ всплавах Fe50,4Rh49,6, Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9, (б) ширина максимума МКЭ наполувысоте.Детальное исследование зависимости температуры перехода от содержаниялегирующего металла в сплавах Fe-Rh важно для получения сплавов с заданнымзначением температуры перехода путем добавления в сплав Fe-Rh палладия или другихметаллов. Перспектива практического использования МКЭ легированных сплавов Fe-Rhтакже связана с увеличением ширины пика МКЭ.
Ширина пика МКЭ вместе смаксимальнымзначениемΔTхарактеризуетэффективностьохлаждениямагнитокалорического материала. На Рис. 56 (б) показано, что легирование сплавапалладием приводит к увеличению ширины максимума МКЭ на полувысоте на 2,4 К придобавлении 4,9 % Pd.1014.3 Теоретическая модель.Для объяснения наблюдаемых экспериментальных закономерностей в работеиспользовалась теоретическая модель неупорядоченных локальных моментов, основаннаяна расчетах из первых принципов, представленных в работах [7,23].Идеальный порядок в ОЦК структуре эквиатомных сплавов Fe-Rh не достигается вреальных сплавах. Анализ для сплава Fe50Rh50 показывает [7,207], что в течение процессаотжига и последующего охлаждения 1-2 % атомов родия замещаются атомами железа инаоборот. В идеальном стехиометрически упорядоченном сплаве Fe-Rh каждый атомжелеза окружен 8 атомами родия как ближайшими соседями и 6 атомами железа каксоседями второго порядка.
Взаимодействия между атомами Fe-Fe в такой структуреблагоприятствуют АФМ упорядочению, в то время как ФМ упорядочение вызываетсявзаимодействием с ближайшими соседями, т.е. атомами Rh. Если в рассматриваемуюсистему вносится незначительное разупорядочение, такое, что часть атомов Rhзамещается атомами Fe, то ближайшими соседями этой части атомов Fe будут атомы Fe.Такие области, в которых ближайшими соседями являются два атома Fe, имеют сильноеФМ взаимодействие. Например, это проявляется в ОЦК структуре железа. Таким образом,возникновение малого количества ближайших соседей Fe-Fe приводит к сильномувлиянию на магнитный переход АФМ – ФМ.Теоретическое рассмотрение основано на модели, подробно описанной в работе [7].В рамках данной модели в кристаллической ОЦК решетке сплавов Fe-Rh с близкими кэквиатомному составами рассматриваются две подрешетки атомов Fe и Rh.
Первая подрешетка (подрешетка A) имеет локальные места расположения (a) атомов Fe, нонебольшой процент (x) в этих местах расположения занимают атомы Rh (в реальныхсплавах присутствует такое замещение) [7]. Вторая подрешетка (подрешетка B) – этоподрешетка расположения (b) атомов Rh, в которых располагается также небольшойпроцент (y) атомов Fe.
При рассмотрении эквиатомного сплава Fe-Rh в модели двухподрешеток (в подрешетке A основным атомом является Fe с присутствием небольшогоколичества x атомов Rh, в подрешетке B основным атомом является Rh с присутствиемнебольшогоколичестваyатомовFe)сплавFe-RhможнозаписатьввидеFe100-xRhx – Rh100-yFey. В этих обозначениях концентрация атомов Fe в сплаве может бытьзаписана как =100−+2, а параметр дальнего порядка =102100−100.Для состава сплава Fe-Rh, с определенными величинами c и y свободная энергиясплава может быть записана как [7]:(, , , ) = (, , , ) − (маг ( , , ) + реш ()) − (1)где U – внутренняя энергия, Sмаг – магнитная часть энтропии, Sреш – энтропияколебаний кристаллической решетки, H – магнитное поле, mf – параметр ФМупорядочения (пропорциональный намагниченности), ma – параметр АФМ упорядочения.Параметры ma и mf задают степень ФМ и АФМ упорядочения в сплаве, таким образом,для чистого АФМ упорядочения параметры ma = 1, mf = 0, для чистого ФМ упорядоченияma = 0, mf = 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
