Ni-Co-Mn-Ti合金磁相变调控及磁性质研究

发布时间：2018-02-13 15:53

本文关键词： NiMn基合金磁热效应条带薄膜交换偏置　出处：《南昌航空大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：磁制冷技术作为一种高效节能环保的制冷技术,被认为是最有希望替代传统气体压缩制冷的新方法,随着电子科技的迅猛发展,设备零件趋于小型化,微型制冷已经成为磁致冷研究的热点。微型制冷要解决的一个关键问题就是找到在微型状态下可以利用的致冷工质,目前研究主要集中在条带和薄膜样品上,这是因为首先条带和薄膜样品在几何学上有非常大的表面积和体积之比,有利于其进行热交换;其次相比于块体,形成稳定的结构相仅需要很短的时间甚至完全可以避免高温退火过程,降低了能耗,节约了成本。NiMn基合金可以发生一级马氏体相变,且在相变附近会表现出丰富的物理性质,而受到越来越多的关注,本文通过Co取代NiMnTi合金中的Ni,研究了全部由过渡族元素组成的Ni-Co-Mn-Ti合金条带和薄膜的制备、相变调控及相关物理性质,讨论了退火对条带磁性能的影响,探究了沉积温度对薄膜磁性能的影响,并研究了薄膜的交换偏置性质。主要内容如下:1.Ni_(37)Co_(13)Mn_(35)Ti_(15)合金条带的显微结构和磁性质向二元NiMn合金中掺杂低价Ti元素可以形成Ni_(50)Mn_(50-x)Ti_x和Mn_(50)Ni_(50-y)Ti_y两种合金体系,在这两种合金中,Ti含量的增加不仅可以稳定奥氏体相,而且会明显降低马氏体相变温度。Ni_(50)Mn_(35)Ti_(15)合金在室温下为5M马氏体结构,这里我们向Ni_(50)Mn_(35)Ti_(15)合金中引入Co得到Ni_(37)Co_(13)Mn_(35)Ti_(15)合金,对这种全部由过渡族元素组成的合金的磁相变调控及磁热性能进行研究,通过电弧熔炼和熔体快淬技术制备了Ni_(37)Co_(13)Mn_(35)Ti_(15)合金的快淬条带,并拿出一部分条带进行短时间高温退火。通过室温下X射线衍射(XRD)检测,我们观察到快淬条带以B2奥氏体为主相,退火条带以5M马氏体为主相;室温下场发射扫描电镜(FESEM)观察可知条带呈柱状晶垂直于表面生长,退火后条带表现出晶粒长大,同时可以看出大晶粒是由小晶粒聚集生长的;热力学测量和磁性测量结果证明,退火使得条带相变温度从200 K升高到325 K,它们的焓变分别为7.5 Jg-1和7.9 Jg-1,在0-5 T的变化磁场下最大磁熵变分别为10.7 Jkg-1K-1和23.8 Jkg-1K-1,并且得到高的有效制冷能力,分别为101.1 Jkg-1和70.8 Jkg-1。2.Ni-Co-Mn-Ti合金薄膜的制备和磁性能本章我们利用直流磁控溅射技术制备出了不同沉积温度下的四个Ni-Co-Mn-Ti合金薄膜样品,并通过XRD,FESEM和振动样品磁强计(VSM)对它们的结构、微观形貌和磁性能进行了研究。我们发现沉积温度对薄膜的厚度和成分没有影响,但会改变薄膜的微观形貌和磁性能。沉积温度越高,薄膜晶粒尺寸越大,而且XRD结果证明沉积温度可以减弱基片对薄膜的限制,且沉积温度的提高也会使得薄膜的矫顽力和剩磁增加。这些都预示着该合金薄膜在磁性薄膜中的应用是非常有潜力的。3.Ni-Co-Mn-Ti合金薄膜的交换偏置本章我们通过改变溅射参数制备了两个Ni-Co-Mn-Ti合金薄膜样品,并首次在该合金薄膜中发现了交换偏置的存在,这里对其进行了探讨。FESEM观察可以看到薄膜的晶粒大小都很均匀,沉积时间延长不仅可以提高薄膜的厚度,且可以使晶粒变成片状,晶粒尺寸也有所增加;原子力显微镜(AFM)结果证明薄膜是呈岛状生长模型进行生长,且沉积温度提高会减小薄膜的粗糙度;薄膜磁滞回线显示它们都有正的交换偏置发生,这意味着薄膜在低温下共存着铁磁相和反铁磁相。
[Abstract]:In this paper , Ni _ ( 50 ) Mn _ ( 50 - x ) Ti _ x and Mn _ ( 50 ) Ni _ ( 50 - y ) Ti _ y alloy have been studied . The microstructure , morphology and magnetic properties of the films are studied by FESEM and vibrating sample magnetometer . We find that the deposition temperature has no influence on the thickness and composition of the thin films . The higher the deposition temperature , the larger the grain size of the thin films , and the increase of the deposition temperature . The results show that the film is island - shaped growth model and the deposition temperature increases . The film hysteresis loops show that the thin films have positive exchange bias , which means that the thin films co - exist in the ferromagnetic phase and the antiferromagnetic phase at low temperatures .

【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG132.27

【参考文献】